Schifffahrtsradar

Rotierende Radarantenne auf einem Schiff

Bildschirm eines typischen Schiffsradars: Man erkennt sowohl Reflexionen von anderen Schiffen als auch solche von Strukturen am Ufer

In diesem Artikel werden unter dem Begriff Schifffahrtsradar folgende Systeme zusammengefasst:

1. Schiffsradare, das sind Radare, die auf Schiffen installiert sind, und
2. Landradare, die an Küsten und Ufern von Seen, Flüssen und Kanälen zur Überwachung des Schiffsverkehrs betrieben werden.

Die Erkennung von Hindernissen auf See war historisch gesehen die erste Anwendung eines Radars. Erst nach dem Untergang der Titanic im Jahr 1912 wurde jedoch der Bedarf von Radargeräten an Bord von Schiffen wirklich deutlich. Seitdem ist der Schifffahrtsbereich einer der Schlüsselbereiche für die Anwendung der Radartechnik geblieben. Zur Anwendung von Radargeräten auf Schiffen kam später auch die Nutzung von Radaren an Küsten und Ufern von Seen, Flüssen und Kanälen zur Überwachung des Schiffsverkehrs.

Die Antenne eines Schifffahrtsradars sendet einen schmalen, fächerförmigen vertikalen Strahl aus Mikrowellen aus, der senkrecht zur Hauptachse der Antenne verläuft und sich horizontal bis zum Horizont erstreckt. Bei jeder Umdrehung überstreicht der Strahl die Umgebung ab. Alle Schiffe oder Hindernisse reflektieren die Mikrowellen zurück zur Antenne, woraufhin sie auf dem Radarbildschirm angezeigt werden.

Das auf einem Schiff installierte Radar dient der Erkennung von Hindernissen sowohl bei Tag als auch bei Nacht und bei Nebel. Bei diesen Hindernissen handelt es sich entweder um die Küste, um andere Schiffe oder um treibende Objekte wie Eisberge.

Anwendungen

Zivile Überwachung des Schiffsverkehrs

Streifenboot der Wasserschutzpolizei Schleswig-Holstein mit einer Radarantenne

Die Seeüberwachung umfasst folgende Aufgaben:

• Überwachung und Regelung des Schiffsverkehrs, insbesondere in gefährlichen und stark befahrenen Gebieten, z. B. wie den Meerengen;
• Überwachung der ausschließlichen Wirtschaftszone, insbesondere der Fischereigebiete;
• Überwachung des Schiffsverkehrs den Küsten
• Überwachung des Schiffsverkehrs auf Binnengewässern
• Such- und Rettungsmaßnahmen;
• Eindämmung von Schmuggel und Drogenhandel, illegaler Einwanderung sowie Piraterie.

Landradar der Verkehrszentrale Bremerhafen auf dem Leuchtturm Helgoland

Militärische Nutzung von Schiffsradaren

Es gibt grundsätzlich folgende Kategorien der militärischen Anwendung von Schiffsradaren:

• Ortung von anderen, ggf. feindlichen Schiffen oder Booten
• Ortung von Flugzeugen und Raketen im Luftraum um das Schiff.
• Ortung von U-Booten zur U-Boot-Abwehr, z. B. durch ihr Periskop. (Dies ist sehr schwierig, da das Ziel sehr klein ist und sich nur für kurze Zeit an der Oberfläche befindet).

Fregatte Mecklenburg-Vorpommern mit mehreren Radarantennen

Radar-Antennen der Fregatte Mecklenburg-Vorpommern:
Unten die Antenne des Primärradars, oben die Sekundärradar-Antenne des Freund-Feind-Erkennungs-Systems

Anforderungen an Schifffahrtsradare

Die Schifffahrtsradare haben folgende besondere Anforderungen:

• Die zu detektierenden Ziele haben sehr unterschiedliche Eigenschaften: Ein Öltanker sieht nicht wie eine Fregatte oder ein Segelboot aus.
• Die Radarrückstrahlfläche der Ziele kann zwischen 0,5 m² (z. B. Periskop) und mehreren hunderttausend Quadratmetern (z. B. Containerschiff) variieren;
• Die Ziele sind in Bewegung und werden durch den Seegang in drei Achsen hin- und hergeschaukelt;
• Die Ziele können bei schwerem Seegang teilweise durch den Wellengang verdeckt sein;
• Die Ziele gehen in einem Hintergrundrauschen unter, das durch die von den Wellen verursachten Radarechos entsteht (engl. Seaclutter). Die Stärke der Radar-Echos schwankt schnell, da sich die Wellen im Laufe der Zeit verändern. Bei schwerem Seegang kann es daher schwierig werden, ein Schiff von einer besonders hohen Welle zu unterscheiden.

Folgende Techniken werden genutzt, um diese Herausforderungen zu lösen:

• Impulskompression zur Verbesserung der Entfernungsauflösung;
• Erhöhung der mittleren Sendeleistung zur Verbesserung der Reichweite;
• Die Vergrößerung der Antenne zur Verbesserung der Auflösung (so können bei „großen“ Bordradaren typische Größen von 12 Zoll bzw. 4,2 Meter erreicht werden);
• Verwendung von Frequenzagilität zur Verringerung des Speckle-Rauschens sowie die zeitliche Mittelwertbildung über mehrere Bilder hinweg, um wellenbedingte Schwankungen zu dämpfen und nur die Ziele zu erfassen;
• Verwendung der Anzeige beweglicher Ziele (Moving Target Indicator, abgekürzt MTI), um den Teil des Bildes zu unterdrücken, der den feststehenden Bereichen entspricht, und nur die sich bewegenden Objekte beizubehalten (ein treibendes Rettungsboot ist dann jedoch nicht sichtbar, es sei denn, es ist mit einem Search and Rescue Radar Transponder ausgestattet);
• Verwendung von Spur-Verfolgungstechniken, um ein Ziel im Bildrauschen zu verfolgen und gegebenenfalls „Fehlziele“ auszuschließen, die auf den ersten Blick wie ein Schiff aussahen, aber ausgeschlossen werden, da sie sich nicht wie ein sich bewegendes Schiff verhalten.

Technische Daten

Siehe auch: Radar #Frequenzbänder

Schiffsradare nutzen Frequenzen im S-Band (2–4 GHz) und im X-Band (9,3 bis 9,5 GHz) mit Sendeleistungen (Pulsspitzenleistung) zwischen 10 und 60 Kilowatt. Die damit theoretisch erzielbaren Reichweiten variieren bei einem angenommenen Rückstreuquerschnitt des Ziels von 10 Quadratmetern zwischen 8 und 12 nautischen Meilen (14,8 bis 22,2 km).

Die wirklich erzielten sind durch die Erdkrümmung begrenzt und hängen stark von der Höhe der Radarantenne und der Höhe des Ziels über dem Wasserspiegel (auf dem Meer, dem Meeresspiegel) ab (s. Radiohorizont). Bei Binnengewässern kommt dazu ggf. noch die Abschattung der Radar-Signale durch Hindernisse, Bebauung und Berge.

Radar-Reflektoren

Sowohl zur besseren „Sichtbarkeit“ von Schiffen, als auch von Bojen und Brücken werden Radarreflektoren vewendet. Dies erzeugen starke Radar-Echos, die auf dem Bildschirm als hell leuchtende Punkte erscheinen.

Corner-Reflektor auf einer Boje zur Realisierung der „Sichtbarkeit“ für Schiffsradare

Corner-Reflektor auf einem Brückenpfeiler (hier auf der Alten Brücke in Frankfurt am Main) zur Realisierung der „Sichtbarkeit“ für Schiffsradare

Oktaederförmiger Corner-Reflektor im Top einer Motoryacht

Überwachung und Regelung des Schiffsverkehrs in Deutschland

Küsten und Seeschifffahrt

Deutschland betreibt zur Überwachung und Regelung des Schiffsverkehrs an den Küsten sogenannte Verkehrszentralen, die international als Vessel Traffic Service Centre (VTSC) bezeichnet werden. Sie sind primär für den sicheren Verkehr der Fahrzeuge auf den Wasserstraßen zuständig. Diese nutzen Verkehrssicherungssysteme (engl. Vessel Traffic Services, VTS), die aus Radaranlagen in unbemannt betriebene Außenstationen und Stationen des Automatic Identification Systems (AIS) bestehen. Radarstationen (RS) übertragen die Radarbilder der einzelnen Revierabschnitte per Richtfunk über den Funkturm in die Verkehrszentrale. Dort wird auf Grundlage einer Radar- und Schiffsdatenverarbeitung ein fortlaufend aktualisiertes Verkehrslagebild erzeugt, anhand dessen Verkehrsabläufe geplant sowie Kollisionen und Strandungen vermieden werden können. Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) über neun Verkehrszentralen, ein Radarnetzwerk mit 46 Radarstationen, ein küstenweites UKW-Sprechfunknetzwerk sowie ein AIS-Netzwerk mit 37 Standorten.

Siehe auch: Maritime Verkehrssicherung #Verkehrszentralen

Binnenschifffahrt

Zur Überwachung des Schiffsverkehrs auf Binnengewässern in Deutschland fünf Revierzentralen bei den Wasserstraßen- und Schifffahrtsämtern (WSA), die Radare betreiben.

Literatur

• G1111-3 Producing Requirements for Radar. Anforderungen der International Association of Lighthouse Authorities an Küstenradare, 16. Dezember 2022

Weblinks

• Informationen der Wasser und Schiffahrsverwaltung (WSV) des Bundes über die Aufgaben und die Ausrüstung der Verkehrszentralen
• Radarketten an der deutschen Küste