Hochauflösende mono- und bistatische SAR-Bildgebung durch Verwendung eines neuartigen modularen Radarsenders und Multikanal-Empfangssystems
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hauptziel dieses Projektes waren Untersuchungen und Experimente im Zusammenhang mit Rauschen als verwendeter Radarwellenform und deren Vergleich zu determistischen Wellenformen. Nach Evaluierung der Korrelationseffekte der stochastichen Wellenform stellte sich heraus, dass durch die Eigeninterferenzen nach Korrelation – üblicher weise mit einem MatchedFilter – schwache Ziele durch starke Ziele überdeckt werden. Ein MatchedFilter, welches zwar das SignalzuRauschverhältnis für ein einzelnes Ziel optimiert, liefert deshalb kein optimales Ergebnis für eine Szene. Die Analyse verschiedener Enfaltungsfilter hat gezeigt, dass sich mit dem LeastMeanSquares Verfahren eine optimale Szenenrekonstruktion erreichen lässt. Es besteht eine lineare Beziehung zwischen SignalzuRauschleistung und SNR der Szenenschätzung. Das gleiche, optimale Ergebnis lässt sich mit dem optimierten FIRFilter erzielen. Für das WienerEntfaltungsfilter erhält man nach nur einer Iteration ein sehr gutes, jedoch nicht optimales Ergebnis. Durch mehrfaches Anwenden des Filterprozesses lässt sich jedoch schon nach drei Iterationen das optimale Ergebnis herbeiführen. Im Gegensatz zu den vorherigen Lösungen, ist keine CholeskyDekomposition und Lösung eines großen Gleichungssystem notwendig. Der Aufwand entspricht für jede Iteration dem eines MatchedFilters. Ein weiterer Teil dieses Projektes bestand in der Entwicklung eines Experimentalsendesystems. Die ses wurde als Ergänzung des bistatischen HITCHHIKEREmpfangssystem aufgebaut. Integriert wur de der Rauschsender in einem portablen Koffer. Die Eigenschaften des HITCHHIKEREmpfangssystem legten die Signalparameter bezügliche Mittenfrequenz von 9,65 GHz und Bandbreite von 500 MHz fest. Mit diesem Experimentalsystem konnten erfolgreich mehrere Experimente durchgeführt werden. Durch diese Experimente konnten die in diesem Projekt betrachteten Pulskompressionsverfahren getestet werden. Schwache Ziele, z.B. kleine Bewegtziele wie Autos, waren dabei in der EntfernungsDopplerDarstellung bei Nutzung eines MatchedFilters nicht detektierbar. Erst durch die Anwendung der entwickelten Entfaltungsfilter und Rekonstruktionsalgorithmen war eine Detektion und Verfolgung des Ziels möglich. Dabei zeigete sich, dass alle Verfahren erfolgreich die Eigeninterferenzen der Rauschwellenform unterdrücken können. Das WienerFilter benötigte jedoch die geringste Prozessierungslaufzeit und wird deshalb auch für die Entfernungskomprimierung von Rauschsignalpulsen empfohlen. Die durch die Zielverfolgung gewonnenen Entfernungsdaten, konn ten mit Hilfe von Straßenkarten in eine Zieltrajektorie überführt werden. Dadurch war eine Abbildung der Ziele mittels ISAR möglich. Mittels eines interferometrischen Ansatzes, konnte die Zieltrajektorie auch durch die Schätzung des Welleneinfallswinkels bestimmt werden. Das Empfangssystem – bestehend aus vier identisch aufgebauten Superheterodynempfängern – ist im Verlauf dieses Projekts durch eine umfangreiche Kalibrierung zu einem Messinstrument weiterentwickelt worden. Durch die Modellierung des TerraSARXSendesystems ist es möglich gewor den, die Synchronisation zwischen Sender und dem GPSsynchronen HITCHHIKEREmpfänger durch die relative Frequenzabweichung des Sendeoszillators zu beschreiben. Des Weiteren kann der Sendepuls nun alternativ zur Messung im Referenzkanal aus einem Modell entnommen werden. Gleichzeitig wurde die Empfindlichkeit des Triggersystems signifikant erhöht, sodass der Referenzkanal nicht mehr notwendigerweise verwendet werden muss, sondern es eventuell möglich ist das Empfangssystem direkt durch die Reflexionen im Szenenkanal zu triggern. Für den Fall einer stationären Komponente sowie einer bewegten Komponente mit linearen Trajektorie, wurde die Transformation zwischen Radar und Bodenkoordinaten analytisch untersucht und zwei Ansätze zur Verarbeitung im Frequenzbereich hergeleitet. Durch die Verwendung eines Transponders konnte der Entfernungsfehler der bistatischen Messung mit Verwendung eines Satelliten und unseres Empfangssystems nach der Fokussierung unter Berücksichtigung der Troposphäre mit weniger als 10 cm in der absoluten Differenzentfernung abgeschätzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “First HITCHHIKER Noise Radar Imaging Experiment”. In: EUSAR, Juni 2014, S. 794–797
Simon Reuter, Florian Behner, Holger Nies und Otmar Loffeld
- “Synchronization and Prepro cessing of Hybrid Bistatic SAR Data in the HITCHHIKER Experiment”. In: EUSAR 2014
Florian Behner, Simon Reuter, Holger Nies und Otmar Loffeld
- “A Multi Channel Antenna Setup for Trajectory Estimation of Moving Targets for ISAR Imaging Using Time Difference of Arrival with the HITCHHIKER Noise”. In: Proceedings of EUSAR, Juni 2016
Simon Reuter, Florian Behner, Holger Nies und Otmar Loffeld
- “High Resolution Bistatic Experiments using TerraSARX Staring Spotlight Mode and the Very High Resolution SAR Mode of the Fraunhofer FHR PAMIR System”. In: Proceedings of EUSAR, Juni 2016
Florian Behner, Simon Reuter, Holger Nies und Otmar Loffeld
- “Synchronization and Processing in the HITCHHIKER Bistatic SAR Experiment”. In: IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, Volume: 9 Issue: 3 (2016), S. 1028–1035
Florian Behner, Simon Reuter, Holger Nies und Otmar Loffeld
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/JSTARS.2015.2471082) - “Compact GroundBased Interferometric Synthetic Aperture Radar: ShortRange Structural Monitoring”. In: IEEE Signal Processing Magazine 36.4 (2019), S. 42–52
Andrei Anghel u. a.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/MSP.2019.2894987) - “Characterization of the PAZ XBand SAR Using the HITCHHIKER Ground Receiver”. In: IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters (2021), S. 1–5
Florian Behner u. a.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/LGRS.2021.3102748)
