Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Abstract
Für die zivile und militärische Bodenaufklärung gewinnen diejenigen Verfahren zunehmend an Bedeutung, die eine zweidimensionale Auflösung der zu untersuchenden Gebiete ermöglichen. Da in vielen Fällen eine Unabhängigkeit von Tageslichtverhältnissen und Wettereinflüssen gewünscht ist, werden dazu neben konventionellen Sensoren des optischen und Infrarotbereichs vermehrt Radarsensoren eingesetzt. Für diese Systeme bietet sich die Anwendung des Prinzips der synthetischen Apertur (SAR) an, das in der Lage ist, durch die simultane Nutzung von Signalbandbreite und Dopplerinformationen Radarbilder zu erzeugen. Hierbei haben sich monostatische Systeme, bei denen eine Antenne sowohl für Aussenden als auch Empfangen der Signale verwendet wird, weitestgehend etabliert. Aber diese Methode stößt an praktische Anwendungsgrenzen, sobald eine zweidimensionale Auflösung für ein vorwärtsblickendes Radar gefordert ist. Monostatische SAR-Systeme erreichen bei einem Direktanflug des Zielgebietes nur eine eingeschränkte Querauflösung, da Bodenpunkte des gleichen Entfernungsbereiches während der Aufspannung der synthetischen Apertur nahezu identische Dopplerfrequenzen aufweisen. Eine Unterscheidung zwischen einzelnen Streuzentren durch Auswertung der Dopplerinformationen ist dann kaum noch möglich. Als eine Lösung dieses Problems bietet sich die räumliche Trennung von Sender und Empfänger in einer bistatischen Geometrie an. Im Rahmen der Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Etablierung einer zweidimensionalen Auflösung für ein stationäres, vorwärtsblickendes Radarempfängersystem unter Verwendung einer bistatischen Anordnung durchgeführt. Der Kernpunkt des verfolgten Ansatzes besteht in der Nutzung eines abgesetzten Senders, der durch seinen Vorbeiflug Dopplerfrequenzänderungen für Empfänger und ein gleichzeitig beleuchtetes Zielgebiet bewirkt. Synchronisation und Messbetrieb des Empfängersystems werden dabei durch die Detektion des Direktsignals sichergestellt. Ohne selbst einen Beitrag für die Dopplerauflösung zu leisten wird das Empfängersystem so in die Lage versetzt, eine Auswertung direkter wie reflektierter Signale mit aufgeprägten Dopplerfrequenzen vornehmen zu können. Dazu hatte eine Anpassung der Datenverarbeitung auf die bistatische Beleuchtungssituation zu erfolgen. Ferner war für das Empfängersystem die Fähigkeit zu untersuchen, weitestgehend autark aus den aufgenommenen Daten Informationen über die bistatische Geometrie, die Radarparameter und die Zielauflösung eruieren können. Im Idealfall lässt sich ein Empfängersystem so ohne Verwendung einer externen Datenversorgung autonom betreiben. Ziel des experimentellen Teils der Arbeit war daher die Entwicklung eines für die bistatische Geometrie geeigneten Empfängersystems und die Durchführung von Feldmessungen zur Verifizierung der theoretischen Voraussagen.For civil and military remote sensing such applications become more important which allow a two-dimensional resolution of predefined areas of interest. Since in a lot of cases an independence of daylight and weather influence is requested radar sensors are increasingly used besides conventional sensors of the optical and IR region. For those systems the technique of synthetic aperture radar (SAR) is applicable which is able to use the signal bandwidth and the Doppler information simultaneously for the generation of radar images. In this field monostatic systems are mainly established using a single antenna for transmitting and receiving. But this technique is not practical any more if a two-dimensional target resolution is required for a forward-looking radar. Monostatic SAR systems achieve only a limited cross-range resolution because scatterers with the same range evoke similar Doppler frequencies during the spanning of the synthetic aperture. In this case a determination of isolated scatterers by the analysis of Doppler information is hardly possible. One solution of this problem can be seen in a spatial separation of transmitter and receiver in a bistatic geometry. Within the scope of the work theoretical and experimental investigations to establish a two-dimensional resolution for a stationary, forward-looking radar receiver have been executed by the use of bistatic constellations. Central point of the followed approach is the usage of a separate transmitter which causes Doppler shifts during its flyby for a receiver and a simultaneously illuminated target area. The synchronisation and operating of the receiver unit is guaranteed by the detection of the direct signal. Without contributing to the Doppler resolution itself the receiver unit is able to analyse the incoming direct and reflected signals with the additional Doppler frequencies. Therefore an adaptation of the data processing due to the bistatic geometry of illumination was necessary. Further the capability of the receiver system has to be investigated to determine information about the bistatic geometry, radar parameters and the target resolution as far as possible out of the recorded data. In the ideal case the receiver unit can operate autonomously without the use of external data. So the aim of the experimental part of the work was the development of a suitable receiver system for a bistatic geometry and the realisation of field campaigns to verify the theoretical predictions
