Real Beam Ground Mapping (RBGM, auch Real Beam Mapping oder Real Beam Map, kurz RBM) ist ein Betriebsmodus eines luftgestützten bildgebenden Radars zur Darstellung der Erdoberfläche. Die Position eines Rückstreuers wird dabei aus seiner Entfernung zum Radar und der Ausrichtung der realen Antennenkeule bestimmt.^[1] Die Auflösung in Azimutrichtung ergibt sich unmittelbar aus der Breite der physikalischen Antennenkeule, weshalb RBGM zu den Verfahren mit realer Apertur gehört. Im Unterschied zum Doppler Beam Sharpening und zum Synthetic Aperture Radar wird keine synthetische Apertur aus den während der Bewegung des Luftfahrzeugs aufgenommenen Echos gebildet.^[2]

Das physikalische Grundprinzip der Bodenabbildung mit einer realen Antennenkeule wurde bereits bei frühen luftgestützten Bodenradaren verwendet. Das ab 1942 eingesetzte britische H2S-Radar tastete die Umgebung unterhalb eines Flugzeugs ab und stellte Städte, Gewässer, Küstenlinien und andere markante Geländemerkmale auf einem Plan Position Indicator dar. Es wurde zur Navigation und zur Zielansteuerung bei Dunkelheit oder geschlossener Wolkendecke eingesetzt.^[3] Der Übergang zu kürzeren Wellenlängen, insbesondere zum 3-cm- beziehungsweise X-Band-Bereich, verringerte die Antennenkeulenbreite und verbesserte dadurch die Detailerkennbarkeit der Radarbilder.^[4]

Anfang der 1950er-Jahre wurde die begrenzte Azimutauflösung realer Antennenkeulen durch die Auswertung von Dopplerfrequenzen verbessert. Carl A. Wiley beschrieb 1951 das später als Doppler Beam Sharpening bezeichnete Prinzip; 1952 wurde es mit einem luftgestützten kohärenten X-Band-Radar experimentell demonstriert. Aus diesen Arbeiten entwickelte sich das Synthetic Aperture Radar.^[5]

RBGM blieb als vergleichsweise grundlegender Bodenabbildungsmodus Bestandteil luftgestützter Multimode-Radare. Moderne Systeme führen Real Beam Ground Map, Doppler Beam Sharpening und SAR häufig als getrennte Luft-Boden-Betriebsarten auf.^[6]

Ein RBGM-Radar sendet elektromagnetische Impulse in Richtung der Erdoberfläche. Aus der Laufzeit zwischen dem Aussenden eines Impulses und dem Empfang des zugehörigen Echos wird die Schrägentfernung des rückstreuenden Objekts bestimmt. Für eine gemessene Laufzeit ${\displaystyle t}$ gilt

${\displaystyle R={\frac {ct}{2}},}$

wobei ${\displaystyle c}$ die Lichtgeschwindigkeit und der Faktor 2 den Hin- und Rückweg des Signals berücksichtigt.

Die Richtung des Rückstreuers wird aus der momentanen Ausrichtung der Antennenkeule abgeleitet. Durch mechanisches oder elektronisches Schwenken der Antenne werden nacheinander unterschiedliche Winkelbereiche abgetastet. Die Kombination aus Entfernung, Antennenrichtung und Echoamplitude ergibt ein zweidimensionales Radarbild in Polarkoordinaten. Dieses kann als kreisförmige oder sektorförmige Darstellung ausgegeben oder unter Berücksichtigung von Position, Flughöhe und Lage des Luftfahrzeugs in ein georeferenziertes Kartenbild umgerechnet werden.

Bei RBGM erfolgt keine kohärente Zusammenführung der Echos, die ein Bodenpunkt von verschiedenen Positionen entlang der Flugbahn erzeugt. Der einzelne Bildpunkt wird daher im Wesentlichen durch die momentane reale Antennenkeule und das jeweilige Entfernungsintervall bestimmt. Hersteller von Radarsimulatoren ordnen RBGM deshalb den nichtkohärenten Luft-Boden-Betriebsarten zu, während DBS- und SAR-Abbildungen eine weitergehende Frequenz- beziehungsweise Phasenverarbeitung verwenden.^[1]

Die Entfernungsauflösung gibt an, welchen Mindestabstand zwei Rückstreuer in Richtung des Radarstrahls haben müssen, damit ihre Echos getrennt dargestellt werden können. Bei einem unmodulierten Impuls mit der effektiven Impulsdauer ${\displaystyle \tau }$ beträgt die Schrägentfernungsauflösung

${\displaystyle \Delta R={\frac {c\tau }{2}}.}$

Auf der Erdoberfläche ergibt sich bei einem lokalen Einfallswinkel ${\displaystyle \theta _{i}}$ eine Bodenentfernungsauflösung von näherungsweise

${\displaystyle \Delta R_{\mathrm {Boden} }={\frac {c\tau }{2\sin \theta _{i}}}.}$

Bei Verwendung einer Pulskompression wird die effektive Impulsdauer durch die Signalbandbreite ${\displaystyle B}$ bestimmt. Die Schrägentfernungsauflösung kann dann näherungsweise als

${\displaystyle \Delta R\approx {\frac {c}{2B}}}$

angegeben werden. Eine größere Signalbandbreite verbessert somit die Entfernungsauflösung, ohne dass die physikalische Sendeimpulsdauer im gleichen Maß verkürzt werden muss.^[2]

Die Azimut- oder Querauflösung wird beim RBGM durch die Winkelbreite der realen Antennenkeule begrenzt. Für eine Antenne mit der wirksamen horizontalen Länge ${\displaystyle D}$ und der Wellenlänge ${\displaystyle \lambda }$ kann die Antennenkeulenbreite näherungsweise durch

${\displaystyle \beta _{\mathrm {az} }\approx {\frac {\lambda }{D}}}$

beschrieben werden. In einer Schrägentfernung ${\displaystyle R}$ ergibt sich damit eine Querauflösung von

${\displaystyle \Delta R_{\mathrm {az} }\approx R\beta _{\mathrm {az} }\approx {\frac {R\lambda }{D}}.}$

Die Azimutauflösung verschlechtert sich folglich annähernd linear mit zunehmender Entfernung. Sie kann durch eine größere Antenne oder durch eine kürzere Wellenlänge verbessert werden. Die praktisch mögliche Antennengröße wird bei luftgestützten Systemen jedoch durch den verfügbaren Bauraum, die Masse und die aerodynamischen Randbedingungen begrenzt.^[2]

Die Auflösungszelle eines RBGM-Bildes ist deshalb gewöhnlich in Azimutrichtung deutlich größer als in Entfernungsrichtung. Bei großen Entfernungen können mehrere voneinander getrennte Objekte innerhalb derselben Antennenkeule liegen und als gemeinsamer heller Bereich erscheinen.

Die Helligkeit eines Bildpunkts entspricht im Allgemeinen der Stärke des empfangenen Radarechos. Diese wird nicht allein durch die Größe eines Objekts bestimmt, sondern unter anderem durch

• die Oberflächenrauheit im Verhältnis zur Wellenlänge,
• die elektrischen beziehungsweise dielektrischen Eigenschaften des Materials,
• den lokalen Einfallswinkel,
• die Polarisation und Frequenz des Radars sowie
• Form und Ausrichtung von Flächen und Kanten.

^[7]

Glatte Flächen, etwa ruhiges Wasser, reflektieren einen großen Teil der einfallenden Energie vom Radar weg und erscheinen daher häufig dunkel. Raue Flächen, Vegetation, Gebäude und metallische Strukturen erzeugen stärkere Rückstreuungen und werden heller dargestellt. Rechtwinklig angeordnete Flächen, beispielsweise zwischen Gebäudewänden und dem Boden, können durch Mehrfachreflexion besonders starke Echos erzeugen.^[8]

Ein RBGM-Bild ist daher keine fotografische Darstellung der Erdoberfläche. Die Erscheinung eines Objekts hängt sowohl von seinen Materialeigenschaften als auch von der Beobachtungsrichtung ab. Geländeformen können zu Abschattungen führen; geneigte Flächen verändern den lokalen Einfallswinkel und damit sowohl die Echoamplitude als auch die Bodenentfernungsauflösung.^[2]

RBGM wird vor allem in luftgestützten Multimode-Radaren verwendet. Zu den Anwendungen gehören: - die Orientierung anhand markanter Küstenlinien, Gewässer, Siedlungen und Geländeformen, - die Unterstützung der Navigation und die Aktualisierung einer geschätzten Flugzeugposition, - die Übersichtsdarstellung eines Ziel- oder Einsatzgebiets, - die Auswahl eines kleineren Gebiets für eine nachfolgende hochauflösende DBS- oder SAR-Aufnahme sowie - die Unterstützung weiterer Luft-Boden-Betriebsarten, etwa der Radarentfernungsmessung oder der Verfolgung ortsfester Bodenziele.

Die Nutzung elektromagnetischer Wellen ermöglicht eine Bodenabbildung auch bei Dunkelheit und bei Sichtbehinderungen durch Wolken. Die Erkennbarkeit einzelner Objekte hängt jedoch von Radarfrequenz, Entfernung, Niederschlag, Geländegeometrie und Rückstreueigenschaften ab. RBGM wird daher häufig durch hochauflösende Abbildungsmodi sowie durch Verfahren zur Erkennung beweglicher Ziele ergänzt.^[6]

Bei der geländereferenzierten Navigation kann aus den gemessenen Schrägentfernungen sowie der bekannten Flugzeuglage und Antennenausrichtung ein Höhenprofil des überflogenen oder vorausliegenden Geländes abgeleitet werden. Dieses wird mit einem gespeicherten digitalen Höhenmodell verglichen. Diejenige Kartenposition, deren Höhenverlauf am besten mit den Messdaten übereinstimmt, liefert eine Korrektur der vom Trägheitsnavigationssystem geschätzten Position. Das Verfahren ist eine Form der Terrain Referenced Navigation und ermöglicht eine Positionsstützung ohne satellitengestützte Navigation; seine Genauigkeit hängt unter anderem von der Geländestruktur sowie von der Auflösung des Radars und des Höhenmodells ab.^[9]

RBGM bezeichnet einen operationellen Bodenabbildungsmodus, während Real Aperture Radar eine allgemeinere Bezeichnung für Radarabbildungsverfahren ist, deren Winkelauflösung durch die physikalische Antenne erzeugt wird. Nicht jedes Real-Aperture-Radar wird daher als RBGM-System bezeichnet; zu den Real-Aperture-Verfahren gehören beispielsweise auch bestimmte seitwärtsblickende Radare, Scatterometer und Niederschlagsradare.

Beim Doppler Beam Sharpening wird die reale Antennenkeule anhand unterschiedlicher Dopplerfrequenzen in mehrere schmalere Winkelbereiche unterteilt. Dadurch entsteht eine bessere Azimutauflösung als beim unverarbeiteten Real-Beam-Bild. Die Verbesserung ist von der Bewegungsgeometrie abhängig und fällt in oder nahe der Flugrichtung geringer aus.

Ein Synthetic Aperture Radar verarbeitet die Amplituden- und Phasenhistorie zahlreicher Echos, die während der Bewegung der Radarplattform aufgenommen werden. Die Bewegung des Luftfahrzeugs erzeugt eine synthetische Antenne, deren wirksame Länge die physikalische Antenne übersteigen kann. Dadurch ist eine wesentlich feinere Azimutauflösung möglich, die im idealisierten Fall nicht linear mit der Entfernung abnimmt.^[5][2]

Gegenüber DBS und SAR benötigt RBGM keine Apertursynthese und kann unmittelbar während des Antennenscans ein Radarbild liefern. Seine wesentliche Einschränkung ist die durch die reale Antennenkeule bestimmte und mit der Entfernung abnehmende Detailauflösung.

1. ↑ ^{a b} Multimode Airborne Radar Simulator. (PDF) Leonardo S.p.A., 2017, abgerufen am 15. Juli 2026 (englisch). 
2. ↑ ^{a b c d e} Jakob Van Zyl, Yunjin Kim: Synthetic Aperture Radars Imaging Basics. In: Synthetic Aperture Radar Polarimetry. Jet Propulsion Laboratory, Pasadena 2010, S. 6–16 (englisch, ["https://descanso.jpl.nasa.gov/SciTechBook/series2/02Chap1_110106_amf.pdf" (https://descanso.jpl.nasa.gov/SciTechBook/series2/02Chap1_110106_amf.pdf) Online] [abgerufen am 15. Juli 2026]). 
3. ↑ Electronic Equipment, Fishpond Warning Device. In: Collections. Imperial War Museums, abgerufen am 15. Juli 2026 (englisch). 
4. ↑ RDF to RADAR. Imperial War Museums, abgerufen am 15. Juli 2026 (englisch). 
5. ↑ ^{a b} Principles of Synthetic Aperture Radar. In: National Oceanic and Atmospheric Administration (Hrsg.): SAR Marine User’s Manual. S. 3–6 (englisch, Online [PDF; abgerufen am 15. Juli 2026]). 
6. ↑ ^{a b} GRIFO-346 Fire Control Radar. (PDF) Leonardo S.p.A., 2022, abgerufen am 15. Juli 2026 (englisch). 
7. ↑ SAR Image Interpretation. NASA Earthdata, abgerufen am 15. Juli 2026 (englisch). 
8. ↑ What is Imaging Radar? NASA Jet Propulsion Laboratory, abgerufen am 15. Juli 2026 (englisch). 
9. ↑ Richard E. Zelenka: Integration of Radar Altimeter, Precision Navigation, and Digital Terrain Data for Low-Altitude Flight. Hrsg.: NASA Ames Research Center (= NASA Technical Memorandum. NASA-TM-103958). Moffett Field 1992 (englisch, Online [abgerufen am 15. Juli 2026]).