Transfer von Radaransätzen mit synthetischer Apertur in den Infrarotbereich

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541802722

Die Auswertung von Messungen eines Radarsensors mit breitem Sichtfeld entlang einer bekannten Bewegungsbahn des Sensors ermöglicht es eine synthetische Apertur (synthetic aperture radar, SAR) zu generieren. Dieses Prinzip wird in der Radartechnik eingesetzt, um eine signifikant verbesserte Bildauflösung entlang der Bahnkurve zu erreichen. Grundvoraussetzung für diese Auswertungstechnik ist eine kohärente Addition aller empfangenen Zielsignale, was eine Extraktion der Phasenlage des Empfangssignal relativ zum Sendesignal erfordert. Zusätzlich wird damit eine Verbesserung des Störabstands erreicht, da sich nicht-zielbezogene Signale bei der Verarbeitung nicht ergänzen oder sogar auslöschen. Reale Ziele erfahren dagegen im Idealfall einen konstruktiven Integrationsgewinn. Lidar-Abtastsysteme im Infrarotbereich setzen SAR-Technik bisher nicht ein. Im Gegensatz zur kohärenten Empfangstechnik, bei der das Empfangssignal mit einem Lokaloszillatorsignal gemischt wird, arbeiten marktübliche Sensoren mit Flugzeitmessungen von Pulssignalen. Mit der Weiterentwicklung optischer Komponenten für die Telekommunikation stellt die kohärente optische Signalverarbeitung jetzt eine vielversprechende Perspektive zur Steigerung der Leistungsfähigkeit optischer Abtastsysteme dar. Kohärente Sensoren mit aufwändigeren Modulationsverfahren, die denen von Radarsystemen nachempfunden werden, könnten dabei entscheidende Gewinne in der vielseitigen Signalauswertung und Empfindlichkeit bieten. Jedoch werden optische Systeme bisher häufig aus der optischen Technik heraus entwickelt, ohne die Querbezüge zu etablierten Konzepten aus der Radartechnik zu nutzen. Die Herausforderungen bei der Systemauslegung und Signalverarbeitung sind dagegen aus der Radartechnik hinreichend bekannt und erforscht. In diesem Projekt besteht die Zielsetzung darin, bestehendes Wissen über kohärente Sensorik und SAR-Bildgebung aus der Radartechnik auf ein optisches Systemkonzept zu transferieren, dessen Funktion nachzuweisen und seine Wirkzusammenhänge zu erforschen. Der Fokus wird dabei auf einer Stripmap-SAR-Auswertung mittels eines robusten Backprojection-Ansatzes für Szenen bis wenige cm vor dem Sensor liegen. Aufbauend auf dem ersten Ziel eines grundlegenden Nachweises des Funktionsprinzips soll das neue Messverfahren mit seinen Einflussgrößen verstanden werden. Die Wirkzusammenhänge zwischen dem Sensoraufbau und seinen Komponenten, den Systemgrößen wie Leistungsverlusten, Rauschen und Phasenrauschen, und den Zieleigenschaften sollen untersucht werden. Für die Funktion des SAR-Systems sind besonders die optischen Eigenschaften verschiedener Zielobjekte unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln entscheidend, sowie Störeffekte, die durch Oberflächenunebenheiten ausgelöst werden (Speckle). Ziel ist es, die Auflösungs- und Dynamikgrenzen der optischen kohärenten Bildgebung und die Einflussgrößen darauf zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen