Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRWeltraumüberwachung mit Radarnetzwerken
Gemeinsam ist man stärker – das gilt nicht nur für Menschen, sondern auch für Radarsysteme. Eine Studie des Fraunhofer FHR unter Mitwirkung des Fraunhofer FKIE zeigt: Schaltet man Radare zu Netzwerken zusammen, vergrößert dies den Überwachungsbereich, erlaubt eine präzisere Positionsbestimmung und steigert die Entdeckungswahrscheinlichkeit, da sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis und somit die Empfindlichkeit optimieren lässt.
Droht ein Zusammenstoß von Weltraumschrott mit einem Satelliten? Das Fraunhofer FHR entwickelt und betreibt verschiedene Radarsysteme, die den Weltraum überwachen und solche Fragen beantworten. Da die Anzahl der Trümmerteile rasant zunimmt und schon eine einzelne Schraube einen Satelliten außer Funktion setzen kann, stellt sich die Frage: Wie lässt sich die Weltraumüberwachung mit Radaren weiter verbessern? Eine Möglichkeit liegt in Radarnetzwerken. Während die Radareinheiten bei lokalen Netzwerken nah beieinanderstehen, befinden sie sich bei Netzwerken mittlerer Ausdehnung einige hundert Kilometer entfernt voneinander.
Radarnetzwerke bieten zahlreiche Vorteile
Welche Vorteile Radarnetzwerke bieten, wurde am Fraunhofer FHR in Kooperation mit dem Fraunhofer FKIE in einem dreijährigen Forschungsvorhaben, gefördert mit Mitteln vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR untersucht. Die Ergebnisse: Schauen die Radarsysteme in verschiedene Richtungen, lässt sich beispielsweise der Überwachungsbereich erheblich vergrößern. Blicken sie dagegen zum gleichen Objekt, lässt sich dessen Position deutlich präziser bestimmen, da die Empfänger jeweils aus unterschiedlichen Winkeln auf das Objekt schauen. Es lässt sich sogar durch Messung zu einem Zeitpunkt die Bewegungsrichtung bestimmen, während ein einzelnes Radar hierzu Beobachtungen zu verschiedenen Zeiten benötigt. Auch die Entdeckungswahrscheinlichkeit ist bei Radarnetzwerken höher als bei einzelnen Radarsystemen. Denn: Summiert man die Signale der einzelnen Radare im Netzwerk, so kompensieren sich die Rauschanteile zum Teil gegenseitig, wodurch sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis optimieren und somit die Empfindlichkeit steigern lässt.
Zwar hängt es von den zu beobachtenden Objekten und der Art der Zusammenschaltung ab, wie weit sich die Leistung der Weltraumüberwachung steigern lässt, doch generell gilt: Die Leistung steigt kontinuierlich mit der Anzahl der Radare. Schaltet man im Idealfall der kohärenten Verarbeitung drei Empfänger zusammen, verbessert sich die Detektionsleistung um bis zu einem Faktor drei, bei vier Empfängern entsprechend um bis zu einem Faktor vier und so weiter. Ab Januar 2021 wird das Fraunhofer FHR seine Untersuchungen in einem dreijährigen Folgeprojekt mit dem DLR fortsetzen, gemeinsam mit dem Fraunhofer FKIE. Hier steht unter anderem das Ressourcenmanagement im Fokus – also die Frage, wie sich Radarnetzwerke möglichst effizient betreiben lassen.