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Luftüberwachungsradare dienen zwei Zwecken. Sie unterstützen die Erkennung von Luftzielen sowie die Erkennung von Zielen am Boden und auf der Meeresoberfläche. Diese Radare sind in Luftüberwachungsflugzeugen (AEW) verbaut, hauptsächlich in Starrflügel- und Drehflügelflugzeugen. Luftüberwachungsradare werden in Seeüberwachungsflugzeugen und/oder in Plattformen für Aufklärung, Überwachung und Aufklärung eingesetzt. In dieser letzteren Funktion werden sie in Starrflügel- und Drehflügelflugzeugen sowie in unbemannten Luftfahrzeugen eingesetzt.
AEW-Flugzeuge nutzen luftgestützte Überwachungsradare zur Erkennung von Luftzielen wie Flugzeugen oder Raketen. Einige AEW-Radare verfügen möglicherweise über eine Restfähigkeit zur Erkennung und Verfolgung von Zielen am Boden und auf See. Ein Beispiel hierfür waren die ehemaligen AgustaWestland/Leonardo ASAC.7 Sea King-Hubschrauber der Royal Navy. Diese waren mit dem Searchwater-2000-Radar von Thales ausgestattet. Ebenso können die AEW-Jets der E-3 Sentry-Serie von Boeing, die mit dem Westinghouse/Northrop Grumman AN/APY-1/2-Radar ausgerüstet sind, Ziele auf der Meeresoberfläche erkennen und verfolgen.
AEW-Radare erkennen und verfolgen feindliche Luftziele. Dies ermöglicht es den Fluglotsen an Bord des Flugzeugs, die eigenen Luftstreitkräfte auf diese Ziele zu lenken und deren Abfang zu koordinieren. Dasselbe Radar kann die Führung der eigenen Flugzeuge übernehmen und die Luftoperationen der eigenen Streitkräfte koordinieren. Zu diesen Missionen können Luftnahunterstützung und Schlachtfeldsperrung, Luftkampfpatrouillen, Luftbetankung und Kampfunterstützung gehören. Der Vorteil eines AEW-Radars liegt in seiner Reichweite bei der Zielerfassung und -verfolgung. So hätte beispielsweise ein solches Radar, mit dem ein Flugzeug in einer Höhe von 30.000 Fuß (9.144 Meter) ausgerüstet ist, eine Reichweite von etwa 212 Seemeilen (392 Kilometer). Die Wahl des Radars hängt unter anderem von dessen Rolle, Leistung und Antennengröße ab. Daher nutzen Radare, die AEW-Plattformen ausstatten, in der Regel das L-Band (1,215 Gigahertz/GHz bis 1,4 GHz), das S-Band (2,3 GHz bis 2,5 GHz bzw. 2,7 GHz bis 3,7 GHz), C-Band (5,25 GHz bis 5,925 GHz) und das X-Band (8,5 GHz bis 10,68 GHz).
Luftgestützte Überwachungsradare spielen ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der Erkennung von Zielen am Boden und auf See. Sowohl die Boden- als auch die Meeresumgebung können sehr „unübersichtlich“ sein. Unter „Clutter“ versteht man die Störechos, die ein Radar empfängt, wenn seine Signale auf Objekte am Boden und an der Oberfläche treffen. Das Meer weist beispielsweise Wellenkämme auf, die mitunter relativ groß sein können. Ein Radar erfasst diese Wellenkämme und zeigt sie auf dem Bildschirm an. Ebenso weist der Boden eine Vielzahl von Objekten auf, die Störsignale verursachen, von Gebäuden über Vegetation bis hin zu Fahrzeugen. Störsignale können dazu führen, dass ein kleines Ziel wie ein Boot oder ein Auto auf dem Bildschirm von größeren Objekten verdeckt wird. Aus diesem Grund arbeiten viele luftgestützte Überwachungsradare im X-Band (8,5 GHz bis 10,68 GHz) und darüber.
Die Enge dieser Strahlen ermöglicht es, Ziele in scharfen Details zu erfassen. Da X-Band-Strahlen sehr schmal sind, benötigt ein Radar mehrere Sendevorgänge, um beispielsweise ein Bild eines Autos zu erstellen. Dies liegt daran, dass die Antenne im Vergleich zu Radargeräten mit niedrigeren Frequenzen relativ klein ist. X-Band-Sendevorgänge können eine „Strohhalm“-ähnliche Ansicht eines Ziels erzeugen. Daher muss das Flugzeug, das das Radar trägt, die Antenne physisch über einen bestimmten Bereich bewegen, um ein detailliertes Bild des Ziels zu erstellen. Dies ist das Prinzip hinter dem Synthetic Aperture Radar (SAR). Die Bewegung des Flugzeugs über einen bestimmten Bereich erzeugt künstlich eine größere Antenne. SAR-Bilder sind so detailliert, dass sie mit Fotografien konkurrieren können. Im Gegensatz zu Fotografien können sie jedoch bei jedem Wetter, bei Tag oder Nacht, erstellt werden, da Radar von solchen Bedingungen unbeeinträchtigt bleibt.
Zu diesen Luftüberwachungsradaren gehört auch die Moving Target Indicator (MTI)-Software. Diese erkennt, wenn sich Ziele wie Fahrzeuge oder Schiffe bewegen. MTIs sind nützlich für die Unterstützung des Gefechtsmanagements am Boden und im maritimen Umfeld. Für integrierte luftgestützte Überwachungsnetzwerke kann Multi-Track-Fusionssoftware die Verfolgungsdaten mehrerer Sensoren zu einem einheitlichen Lagebild zusammenführen. Das Boeing E-8C Joint Surveillance Target Attack Radar System der US-Luftwaffe ist mit dem Northrop Grumman AN/APY-7-Radar ausgestattet. Dieses Radar nutzte seine SAR- und MTI-Fähigkeiten, um während der Operation Desert Storm Fahrzeuge der irakischen Armee zu verfolgen. Die 1991 von einer US-geführten Koalition durchgeführte Operation Desert Storm beendete die Besetzung Kuwaits durch den Irak. Die Informationen der E-8C waren besonders nützlich, um die Luftstreitkräfte der Koalition während des Kampfes auf diese Ziele zu lenken.
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