Methoden der Höhenmessung über Grund

Um die Höhe über Grund zu messen, gibt es unterschiedliche Ansätze:

Optische Systeme

Optische Systeme basieren auf der Reflexion von Licht (elektromagnetische Wellen im Bereich von mehreren Hundert Terahertz) und einer Laufzeitmessung bis zum Empfang des reflektierten Impulses.

Nachteilig ist eine erhöhte Empfindlichkeit für atmosphärische Störquellen wie Staub, Dampf, Rauch, Wasser, Wolken oder Nebel. Zudem ist das Reflexionsausmaß stark von der Farbe des Objektes abhängig. Eine schwarze Oberfläche reflektiert zum Beispiel wesentlich weniger sichtbares Licht als eine weiße.

Für Entfernungsmessungen werden sogenannte LIDAR-Sensoren (light detection and ranging) verwendet, die anhand der Laufzeit des Lichts die Entfernung bestimmen können.

Akustik: Schall

Eine Möglichkeit der Entfernungsmessung stellen Ultraschallsensoren dar, die einen Ultraschallimpuls aussenden und anhand einer Laufzeitmessung bis zum Empfang des Echos bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in der Luft (v = 333 m/s) den Abstand berechnen können.

Ein Nachteil ist die verhältnismäßig kurze Messdistanz gegenüber Radar-Sensoren, außerdem ist die Genauigkeit eingeschränkt und die Messdauer verhältnismäßig lang. Zudem ist die maximale Fluggeschwindigkeit über Grund durch den Öffnungswinkel der Ultraschallsensoren begrenzt.

Elektromagnetische Wellen

Ein Radargerät sendet elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von einigen Gigahertz aus, die sich mit Lichtgeschwindigkeit im Raum ausbreiten (für Vakuum gilt: c = 299 492 458 m/s) und je nach Anwendungsfall an einem oder mehreren Objekten reflektiert werden. Die reflektierten Wellen werden im Radarempfänger durch eine Antenne in ein elektrisches Signal umgewandelt und anschließend elektronisch weiterverarbeitet.

Die Genauigkeit der Messung hinsichtlich der Auflösung wird theoretisch durch die vorhandene Bandbreite sowie der verwendeten Wellenlänge bestimmt. Atmosphärische Störquellen können das Radarsignal dämpfen, die Effekte sind aber stark frequenzabhängig. Der üblicherweise für Radar-Altimeter verwendete Frequenzbereich (4,3 GHz) ist dabei ein guter Kompromiss zwischen niedriger Dämpfung und akzeptabler Messauflösung.