DE102013216461A1

DE102013216461A1 - Synthetic aperture radar method for remote sensing of surface of earth through radar system, involves generating sub-pulses in respective pulse repetition interval such that sub-pulses have different, non-overlapping frequency ranges

Info

Publication number: DE102013216461A1
Application number: DE201310216461
Authority: DE
Inventors: Federica Bordoni; Marwan Younis; Gerhard Krieger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2014-06-26

Abstract

The method involves transmitting radar pulses by a transmitting device (2) and receiving radar echoes by a reception device in successive pulse repetition intervals (PRI). Several radar pulses are emitted in the form of sub-pulses (SP1-SPN) in continuous transmission time interval of pulse repetition intervals. The sub-pulses are generated in respective pulse repetition interval such that sub-pulses have different, non-overlapping frequency ranges (FR1-FRN) and the received radar echoes are subjected to different frequency ranges for evaluation of band-pass filter. Independent claims are included for the following: (1) a synthetic aperture radar device for remote sensing of surface of earth; and (2) a synthetic aperture radar system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Synthetik-Apertur-Radarverfahren zur Fernerkundung der Erdoberfläche sowie eine entsprechende Synthetik-Apertur-Radarvorrichtung. The invention relates to a synthetic aperture radar method for remote sensing of the earth's surface as well as to a corresponding synthetic aperture radar device.

Synthetik-Apertur-Radarverfahren, welche auch als SAR-Verfahren bezeichnet werden, ermöglichen die Fernerkundung der Erdoberfläche über die Erfassung von an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulsen, die von einem Radarsystem ausgesendet werden, welches sich mit konstanter Geschwindigkeit über der Erdoberfläche in einer sog. Azimut-Richtung bewegt. Der Begriff der Erdoberfläche ist dabei weit zu verstehen und kann gegebenenfalls auch die Oberfläche eines anderen Planeten als der Erde betreffen. Synthetic aperture radar techniques, also referred to as SAR techniques, allow remote sensing of the Earth's surface through the detection of radar pulses reflected at the Earth's surface emitted by a radar system traveling at a constant velocity above the Earth's surface in a so-called azimuth Direction moves. The concept of the earth's surface is to be understood here broadly and may possibly also refer to the surface of another planet than the earth.

Bei SAR-Radarverfahren macht man sich die Erkenntnis zunutze, dass aufgrund des bewegten Radarsystems die gleichen Bereiche der Erde bzw. eines Planeten in unterschiedlichen Positionen erfasst werden, wodurch eine Amplituden- und Phaseninformation und schließlich ein Radarbild der Erdoberfläche erhalten werden kann. Es wird somit eine synthetische Apertur in Azimut-Richtung erzeugt.In SAR radar methods, one makes use of the knowledge that the same areas of the earth or of a planet are detected in different positions due to the moving radar system, whereby an amplitude and phase information and finally a radar image of the earth's surface can be obtained. Thus, a synthetic aperture in azimuth direction is generated.

In SAR-Systemen werden von der Erdoberfläche Streifen mit einer Breite in der sog. Range-Richtung erfasst, welche sich senkrecht zur Azimut-Richtung erstreckt. Ein wichtiger Bewertungsfaktor für SAR-Systeme ist dabei der sog. SAAQ-Faktor, der den Quotienten aus der erfassten Streifenbreite und der Auflösung in Azimut-Richtung darstellt. Unter der Voraussetzung, dass die mit dem SAR-Radarsystem erzeugten SAR-Bilder eine geforderte Abbildungsqualität erfüllen, besitzt ein optimales SAR-Radarsystem einen maximalen SAAQ-Faktor. In SAR systems, strips of a width in the so-called range direction, which extends perpendicular to the azimuth direction, are detected by the earth's surface. An important evaluation factor for SAR systems is the so-called SAAQ factor, which represents the quotient of the recorded stripe width and the resolution in the azimuth direction. Assuming that the SAR images generated by the SAR radar system meet the required imaging quality, an optimal SAR radar system will have a maximum SAAQ factor.

Die Datenakquisition in SAR-Systemen kann basierend auf unterschiedlichen Betriebsmodi ablaufen. In einem konventionellen Stripmap-Modus beleuchten die Radarpulse immer den gleichen Streifen auf der Erde, wohingegen im sog. ScanSAR-Modus die Radarpulse im Wechsel verschiedene Streifen in Range-Richtung erfassen. Demgegenüber werden im Spotlight-Modus die Radarpulse dediziert auf ein interessierendes Gebiet auf der Erdoberfläche gerichtet. Mit den Betriebsmodi Scan-SAR bzw. Spotlight kann (auf Kosten einer schlechteren Auflösung bzw. einer geringeren Streifenbreite) die Breite des erfassten Streifens auf der Erdoberfläche vergrößert werden bzw. die Azimut-Auflösung verbessert werden. Gegenüber dem Stripmap-Modus wird jedoch keine Verbesserung des SAAQ-Faktors erzielt. Zum Beispiel erreicht der deutsche Satellit TerraSAR-X, der seit 2007 im Orbit ist, im konventionellen (Stripmap) Betriebsmodus eine Auflösung von 3 m bei einer Streifenbreite von 30 km, d.h. einen SAAQ-Faktor von 10 km/m. Im ScanSAR-Modus wird eine Auflösung von 18 m über 100 km erreicht, was einem SAAQ-Faktor von 5,5 km/m entspricht, und im Spotlight-Modus liegt die Auflösung bei 1 m über 10 km, korrespondierend zu einem SAAQ-Faktor von 10 km/m. Data acquisition in SAR systems may be based on different modes of operation. In a conventional stripmap mode, the radar pulses always illuminate the same stripe on the earth, whereas in the so-called ScanSAR mode, the radar pulses alternately detect different stripes in the range direction. On the other hand, in the spotlight mode, the radar pulses are directed to a region of interest on the earth's surface. With Scan-SAR or Spotlight modes of operation, the width of the detected strip on the surface of the earth can be increased or the azimuth resolution can be improved (at the expense of a lower resolution or a narrower strip width). However, there is no improvement in the SAAQ factor over the stripmap mode. For example, the German satellite TerraSAR-X, which has been in orbit since 2007, achieves a resolution of 3 m with a stripe width of 30 km in the conventional (stripmap) operating mode. an SAAQ factor of 10 km / m. The ScanSAR mode achieves a resolution of 18 m over 100 km, which corresponds to a SAAQ factor of 5.5 km / m, and in Spotlight mode the resolution is 1 m over 10 km, corresponding to an SAAQ factor from 10 km / m.

Zur Erreichung eines verbesserten SAAQ-Faktors wurde ferner der sog. MSP-Betriebsmodus entwickelt (MSP = Multi Sub Pulse), der derzeit jedoch noch nicht in Satellitensystemen verwendet wird. In diesem Modus werden im Unterschied zu herkömmlichen Betriebsmodi in einem Pulswiederholintervall nicht ein einzelner Radarpuls, sondern mehrere Subpulse in unterschiedliche Richtungen zur Erdoberfläche ausgesendet. Die gesamte erfasste Streifenbreite wird somit in eine Vielzahl von Substreifen aufgeteilt, in denen jeder einem einzelnen Subpuls zugeordnet ist und damit von je einem Subpuls beleuchtet und abgebildet wird. Die vom SAR-Radarsystem erfassten Radarechos der Subpulse müssen im Rahmen einer SAR-Signalverarbeitung wieder getrennt werden, um für jeden Substreifen ein entsprechendes SAR-Radarbild zu erhalten. Dabei erweist es sich als problematisch, dass zu einem Empfangszeitpunkt gleichzeitig mehrere Subpulse ankommen. Für den gerade verarbeiteten Subpuls stellen dabei die anderen Subpulse eine Störung dar, die zu einer starken Verschlechterung der Qualität der SAR-Bilder führt. Zur Verminderung der Störung kann der zeitliche Abstand der ausgesendeten Subpulse vergrößert werden bzw. spezielle Antennendiagramme bei Empfang der Radarpulse eingesetzt werden. Diese Maßnahmen begrenzen jedoch die erfassbare Streifenbreite bzw. benötigen aufwändige Verarbeitungstechniken, so dass die Komplexität, die Antennenlänge und Kosten des Radarsystems steigen. In order to achieve an improved SAAQ factor, the so-called MSP operating mode has also been developed (MSP = Multi Sub Pulse), which is currently not used in satellite systems. In this mode, in contrast to conventional operating modes in a pulse repetition interval not a single radar pulse, but several subpulses are emitted in different directions to the earth's surface. The entire recorded strip width is thus divided into a plurality of sub-strips, in each of which a single sub-pulse is assigned and thus illuminated and imaged by one sub-pulse each. The radar returns of the subpulses detected by the SAR radar system must be separated again as part of SAR signal processing in order to obtain a corresponding SAR radar image for each sub-tire. It proves to be problematic that arrive at a time of reception simultaneously several subpulses. For the subpulse currently being processed, the other subpulses represent a disturbance which leads to a severe deterioration of the quality of the SAR images. To reduce the disturbance, the time interval of the transmitted subpulses can be increased or special antenna patterns can be used upon receipt of the radar pulses. However, these measures limit the detectable stripe width or require complex processing techniques, so that the complexity, the antenna length and cost of the radar system increase.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Synthetik-Apertur-Radarverfahren basierend auf einem Multi-Subpuls-Modus zu schaffen, mit dem auf einfache Weise eine hohe Qualität der SAR-Bilder erreicht werden kann. The object of the invention is therefore to provide a synthetic aperture radar method based on a multi-subpulse mode with which a high quality of the SAR images can be achieved in a simple manner.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This object is achieved by the method according to claim 1 and the device according to claim 12. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.

In dem erfindungsgemäßen Synthetik-Apertur-Radarverfahren wird ein Radarsystem eingesetzt, das sich in eine Azimut-Richtung über der Erdoberfläche bewegt, wobei das Radarsystem eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Radarpulsen und eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Radarechos der Radarpulse für verschiedene Range-Positionen in einer zur Azimut-Richtung senkrechten Range-Richtung umfasst. In diesem Verfahren werden in aufeinander folgenden Pulswiederholintervallen Radarpulse durch die Sendeeinrichtung ausgesendet und Radarechos durch die Empfangseinrichtung empfangen, wobei in einem zusammenhängenden Sendezeitintervall eines jeweiligen Pulswiederholintervalls mehrere Radarpulse, die im Folgenden als Subpulse bezeichnet werden, in unterschiedliche Richtungen zur Erdoberfläche ausgesendet werden und in einem sich daran anschließenden, zusammenhängenden Empfangszeitintervall des jeweiligen Pulswiederholintervalls Radarechos von Subpulsen empfangen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren geht somit aus von einem herkömmlichen Multi-Subpuls-Betriebsmodus. In the synthetic aperture radar method according to the invention, a radar system is used which moves in an azimuth direction above the earth's surface, the radar system having a transmitting device for emitting radar pulses and a receiving device for receiving radar returns of the radar pulses for different range positions in one to the azimuth direction vertical range direction includes. In this method, radar pulses are transmitted by the transmitting device in successive pulse repetition intervals radar echoes received by the receiving device, wherein in a contiguous transmission time interval of a respective pulse repetition interval a plurality of radar pulses, which are referred to below as subpulses are emitted in different directions to the earth's surface and received in a subsequent, contiguous reception time interval of the respective Pulswiederholintervalls Radarechos of subpulses become. The method according to the invention thus starts from a conventional multi-subpulse operating mode.

Im Unterschied zum herkömmlichen Multi-Subpuls-Betriebsmodus werden die Subpulse in jedem Pulsintervall nunmehr jedoch derart erzeugt (d.h. auf die im Radarsystem verfügbare Bandbreite verteilt), dass sie unterschiedliche, nicht überlappende Frequenzbereiche abdecken. Die empfangenen Radarechos werden dabei zur Auswertung einer Bandpass-Filterung mit den unterschiedlichen Frequenzbereichen als Bandpässe unterzogen. However, unlike the conventional multi-subpulse mode of operation, the subpulses are now generated in each pulse interval (i.e., distributed over the bandwidth available in the radar system) to cover different non-overlapping frequency ranges. The received radar echoes are subjected to the evaluation of a bandpass filtering with the different frequency ranges as bandpasses.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Bandpass-Filterung rekonstruierten Subpulse können anschließend mittels einer herkömmlichen SAR-Prozessierung weiterverarbeitet werden, um hierdurch SAR-Bilder für jeden, durch einen Subpuls erfassten Streifen auf der Erdoberfläche zu gewinnen. Da diese SAR-Prozessierung an sich bekannt ist, wird sie nicht weiter erläutert. The subpulses reconstructed by means of the bandpass filtering using the method according to the invention can then be further processed by means of a conventional SAR processing in order to obtain SAR images for each strip detected by a subpulse on the earth's surface. Since this SAR processing is known per se, it will not be explained further.

Man macht sich erfindungsgemäß die Erkenntnis zu Nutze, dass eine einfache Unterscheidung der Subpulse dadurch erreicht werden kann, dass verschiedene, nicht überlappende Frequenzbereiche für die einzelnen Subpulse in einem Pulswiederholintervall genutzt werden. Mittels einer einfachen Bandpass-Filterung kann dabei ohne aufwändige Verarbeitungstechniken eine Trennung der Subpulse durchgeführt werden. Ferner wird eine gute Qualität der mit dem Verfahren gewonnenen SAR-Bilder sowie ein großer SAAQ-Faktor erreicht. According to the invention, use is made of the fact that a simple differentiation of the subpulses can be achieved by using different, non-overlapping frequency ranges for the individual subpulses in a pulse repetition interval. By means of a simple bandpass filtering, a separation of the subpulses can be carried out without expensive processing techniques. Furthermore, a good quality of the SAR images obtained with the method as well as a large SAAQ factor is achieved.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung können durch zwei unterschiedliche Antenneneinrichtungen realisiert werden. Vorzugsweise stellen jedoch die Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung die gleiche Antenneneinrichtung dar, wobei die Antenneneinrichtung in einem Sendebetrieb und somit als Sendeeinrichtung sowie in einem Empfangsbetrieb und somit als Empfangseinrichtung arbeiten kann. The transmitting device and receiving device used in the method according to the invention can be realized by two different antenna devices. Preferably, however, the transmitting device and receiving device represent the same antenna device, wherein the antenna device can operate in a transmitting mode and thus as a transmitting device as well as in a receiving mode and thus as a receiving device.

Je nach eingesetztem SAR-Radarsystem liegt die Trägerfrequenz, auf der die Frequenzmodulation der Subpulse stattfindet, bzw. die unterschiedlichen Frequenzbereiche der Subpulse bei anderen Frequenzen. Zum Beispiel kann die Trägerfrequenz im Gigahertz-Bereich im sog. L-Band bzw. C-Band bzw. X-Band liegen. Die Frequenzbandbreite einzelner Subpulse liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen einigen zehn Megahertz bis über 1000 MHz, z.B. im Bereich von 150 MHz. Die Anzahl von Subpulsen innerhalb eines Pulswiederholintervalls kann verschieden gewählt werden. Zum Beispiel ist die Verwendung von zwei Subpulsen oder drei Subpulsen innerhalb eines Pulswiederholintervalls sinnvoll. Gegebenenfalls kann jedoch auch eine größere Anzahl von Subpulsen verwendet werden. Depending on the SAR radar system used, the carrier frequency at which the frequency modulation of the subpulses takes place or the different frequency ranges of the subpulses lies at different frequencies. For example, the carrier frequency in the gigahertz range may be in the so-called L-band or C-band or X-band. The frequency bandwidth of individual subpulses is preferably in a range between a few tens of megahertz to over 1000 MHz, e.g. in the range of 150 MHz. The number of sub-pulses within a pulse repetition interval can be chosen differently. For example, the use of two sub-pulses or three sub-pulses within a pulse repetition interval makes sense. Optionally, however, a larger number of sub-pulses can be used.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren ausgesendeten Subpulse können in einem jeweiligen Pulswiederholintervall zumindest teilweise gleichzeitig und/oder zumindest teilweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgesendet werden. Das Aussenden zu unterschiedlichen Zeitpunkten weist den Vorteil auf, dass in diesem Fall die gesamte Sendeleistung der Sendeeinrichtung für den entsprechenden Subpuls zur Verfügung steht. The subpulses emitted in the method according to the invention can be transmitted at least partially simultaneously and / or at least partially at different times in a respective pulse repetition interval. The transmission at different times has the advantage that in this case the total transmission power of the transmitting device is available for the corresponding subpulse.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform kann die Generierung der Subpulse auf einfache Weise mit einem oder mehreren Oszillatoren und insbesondere einem einzelnen Oszillator durchgeführt werden, welche/welcher ein Signal mit einer Trägerfrequenz bereitstellen/bereitstellt, wobei unterschiedliche Basisbandsignale mit dem Signal verschoben werden und hierdurch die unterschiedlichen Frequenzbereiche der Subpulse erzeugt werden. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird ein einzelner Oszillator verwendet, welcher ein Signal bei einer einzigen Trägerfrequenz generiert, wobei die Subpulse im Basisband (also im Frequenzenbereich um 0 Hz) auf unterschiedlichen Frequenzbereichen z.B. mit einem AWG (AWG = Arbitrary Waveform Generator) erzeugt werden. Ein Mischer mit einem Eingang für die Trägerfrequenz und einem zweiten Eingang für das Basisband (bestehend aus den Subpulsen) wird anschließend verwendet, um die Basisbandsignale auf die Trägerfrequenz zu verschieben, d.h. hoch zu mischen.In a further preferred embodiment, the generation of the subpulses can be carried out in a simple manner with one or more oscillators and in particular a single oscillator, which / provides a signal with a carrier frequency, wherein different baseband signals are shifted with the signal and thereby the different frequency ranges of the subpulses are generated. In a preferred variant of this embodiment, a single oscillator is used, which generates a signal at a single carrier frequency, wherein the subpulses in the baseband (ie in the frequency range around 0 Hz) on different frequency ranges, e.g. with an AWG (Arbitrary Waveform Generator). A mixer having an input for the carrier frequency and a second input for the baseband (consisting of the sub-pulses) is then used to shift the baseband signals to the carrier frequency, i. to mix up.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit verschiedenen Varianten von weiteren SAR-Betriebsmodi kombiniert werden. In einer Variante werden die Subpulse in einem jeweiligen Pulswiederholintervall senkrecht zur Azimut-Richtung in jeweils verschiedene Range-Bereiche in Range-Richtung ausgesendet, wodurch mehrere vorbestimmte Streifen (überlappend oder auch nicht überlappend) mit einer Breite in Range-Richtung auf der Erdoberfläche erfasst werden. Zur Realisierung einer Kombination mit dem oben beschriebenen Stripmap-Modus werden dabei mit jedem Pulswiederholintervall die gleichen vorbestimmten Streifen auf der Erdoberfläche erfasst. The method according to the invention can be combined with different variants of further SAR operating modes. In a variant, the subpulses are emitted in a respective pulse repetition interval perpendicular to the azimuth direction in each case different range ranges in the range direction, whereby a plurality of predetermined strips (overlapping or not overlapping) are detected with a width in the range direction on the earth's surface , In order to realize a combination with the stripmap mode described above, the same predetermined strips on the earth's surface are detected with each pulse repetition interval.

Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch der eingangs erwähnte ScanSAR-Modus mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden. In diesem Fall sind die Pulswiederholintervalle in zeitlich aufeinander folgende Bursts aufgeteilt, wobei innerhalb eines Bursts in mehreren aufeinander folgenden Pulswiederholintervallen immer die gleichen vorbestimmten Streifen auf der Erdoberfläche erfasst werden, wobei jedoch die vorbestimmten Streifen von einem Burst zum nächsten variieren. Vorzugsweise weisen die Pulswiederholintervalle innerhalb eines Bursts die gleiche Länge auf, sind jedoch von einem Burst zum nächsten Burst unterschiedlich lang. Alternatively or additionally, however, the ScanSAR mode mentioned at the beginning can also be combined with the method according to the invention. In this case, the pulse repetition intervals are divided into temporally successive bursts, wherein within a burst in several successive pulse repetition intervals always the same predetermined strips are detected on the earth's surface, but the predetermined strips vary from one burst to the next. Preferably, the pulse repetition intervals within a burst have the same length but are of different lengths from one burst to the next burst.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Subpulse in einem jeweiligen Pulswiederholintervall in verschiedene Winkel zur Azimut-Richtung gerichtet, so dass mit den Subpulsen auch unterschiedliche, in Azimut-Richtung zueinander versetzte Bereiche erfasst werden können. In a further variant of the method according to the invention, the subpulses are directed at different angles to the azimuth direction in a respective pulse repetition interval, so that different subdivisions in the azimuth direction can also be detected with the subpulses.

In einer weiteren, bevorzugten Variante wird das erfindungsgemäße Verfahren mit dem eingangs beschriebenen Spotlight-Modus kombiniert. Dabei wird für mehrere aufeinander folgende Pulswiederholintervalle einem jeweiligen Subpuls in einem Pulswiederholintervall ein dem Subpuls entsprechender Subpuls im nächsten Pulswiederholintervall zugeordnet, wobei die einander entsprechenden Subpulse für zumindest einen Teil der (aufeinander folgenden) Pulswiederholintervalle den im Wesentlichen gleichen Bereich auf der Erdoberfläche mittels Anpassung ihrer Strahlrichtung erfassen. In a further preferred variant, the inventive method is combined with the Spotlight mode described above. In this case, for a plurality of successive pulse repetition intervals, a subpulse corresponding to the subpulse in the next pulse repetition interval is assigned to a respective subpulse in a pulse repetition interval, wherein the mutually corresponding subpulses for at least part of the (successive) pulse repetition intervals the substantially same area on the earth's surface by adjusting their beam direction to capture.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Subpulse über eine Sendeeinrichtung in der Form eines Antennenarrays ausgesendet, wobei die Subpulse vorzugsweise mittels analoger und/oder digitaler Strahlformung erzeugt werden. Die Verwendung der digitalen Strahlformung weist den Vorteil auf, dass die Subpulse auch gleichzeitig ausgesendet werden können. In a further variant of the method according to the invention, the subpulses are emitted via a transmitting device in the form of an antenna array, wherein the subpulses are preferably generated by means of analog and / or digital beamforming. The use of digital beamforming has the advantage that the subpulses can also be transmitted simultaneously.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Subpulse über eine Empfangseinrichtung in der Form einer Einzelantenne und/oder eines Antennenarrays empfangen, wobei bei Verwendung eines Antennenarrays vorzugsweise mehrere Empfangskeulen zum Empfang des Radarechos mittels digitaler Strahlformung erzeugt werden. Durch die Verwendung von digitaler Strahlformung bei Empfang des Radarechos kann eine Rauschunterdrückung bzw. ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht werden. Die digitale Strahlformung dient dabei jedoch – im Unterschied zum Stand der Technik – nicht zur Trennung der Subpulse. In a further embodiment of the method according to the invention, the subpulses are received via a receiving device in the form of a single antenna and / or an antenna array, wherein when using an antenna array, preferably several receiving lobes for receiving the radar echo are generated by means of digital beamforming. Through the use of digital beamforming upon receipt of the radar echo, a noise suppression or a better signal-to-noise ratio can be achieved. However, in contrast to the prior art, digital beamforming does not serve to separate the subpulses.

Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Synthetik-Apertur-Radarvorrichtung mit einem Radarsystem, das sich im Betrieb in eine Azimut-Richtung über der Erdoberfläche bewegt, wobei das Radarsystem eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Radarpulsen und eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Radarechos der Radarpulse für verschiedene Range-Positionen in einer zur Azimut-Richtung senkrechten Range-Richtung umfasst. Die Radarvorrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie im Betrieb ein Verfahren durchführt, bei dem in aufeinander folgenden Pulswiederholintervallen Radarpulse durch die Sendeeinrichtung ausgesendet und Radarechos durch die Empfangseinrichtung empfangen werden, wobei in einem zusammenhängenden Sendezeitintervall eines jeweiligen Pulswiederholintervalls mehrere Radarpulse in der Form von Subpulsen in unterschiedliche Richtungen zur Erdoberfläche ausgesendet werden und in einem sich daran anschließenden, zusammenhängenden Empfangszeitintervall des jeweiligen Pulswiederholintervalls Radarechos von Subpulsen empfangen werden. Die Subpulse werden dabei in einem jeweiligen Pulswiederholintervall derart erzeugt, dass sie unterschiedliche, nicht überlappende Frequenzbereiche abdecken. Diese Radarvorrichtung ermöglicht die Erfassung von SAR-Daten, welche auf einfache Weise ausgewertet werden können. In addition to the method described above, the invention further relates to a synthetic aperture radar apparatus having a radar system operating in an azimuth direction over the earth's surface in operation, the radar system having a transmitter for emitting radar pulses and a receiver for receiving radar returns Radar pulses for different range positions in a direction perpendicular to the azimuth direction range direction comprises. The radar device is designed such that during operation it performs a method in which radar pulses are emitted by the transmitting device in successive pulse repetition intervals and radar echoes are received by the receiving device, wherein in a contiguous transmission time interval of a respective pulse repetition interval several radar pulses in the form of subpulses in different directions are transmitted to the earth's surface and received in a subsequent, contiguous reception time interval of the respective pulse repetition interval Radarechos of sub-pulses. The subpulses are generated in a respective pulse repetition interval in such a way that they cover different non-overlapping frequency ranges. This radar device enables the acquisition of SAR data, which can be easily evaluated.

Die erfindungsgemäße Synthetik-Apertur-Radarvorrichtung ist vorzugsweise zum Aussenden bzw. zum Empfang von Subpulsen basierend auf einer oder mehreren der oben beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet. The synthetic aperture radar device according to the invention is preferably designed for transmitting or receiving subpulses based on one or more of the variants of the method according to the invention described above.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Synthetik-Apertur-System mit der erfindungsgemäßen Synthetik-Apertur-Radarvorrichtung sowie einer Auswerteeinheit zur Auswertung der mit dieser Vorrichtung empfangenen Radarechos, wobei die Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass sie die empfangenen Radarechos einer Bandpass-Filterung mit den unterschiedlichen Frequenzbereichen als Bandpässe unterzieht. Die Auswerteeinheit kann dabei auf dem sich bewegenden Radarsystem vorgesehen sein. Ebenso kann die Auswerteeinheit auch in einer Bodenstation auf der Erde vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die noch nicht ausgewerteten Radarechos von dem Radarsystem zur Auswerteeinheit am Boden übertragen werden. The invention further relates to a synthetic aperture system with the synthetic aperture radar device according to the invention and to an evaluation unit for evaluating the radar returns received with this device, wherein the evaluation unit is designed such that it receives the received radar echoes of a bandpass filtering with the different Subjects frequency bands as bandpasses. The evaluation unit can be provided on the moving radar system. Likewise, the evaluation unit can also be provided in a ground station on the ground, in which case the not yet evaluated radar echoes are transmitted from the radar system to the evaluation unit on the ground.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Embodiments of the invention are described below in detail with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung des Aussendens von Subpulsen gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a schematic representation of the transmission of subpulses according to an embodiment of the method according to the invention;

2 eine schematische Darstellung der Verarbeitung von empfangenen Subpulsen gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 2 a schematic representation of the processing of received sub-pulses according to an embodiment of the method according to the invention; and

3 ein Diagramm, welches eine Variante eines erfindungsgemäßen Betriebsmodus zeigt, der mit einem herkömmlichen Betriebsmodus gemäß dem Stand der Technik verglichen wird. 3 a diagram showing a variant of an operating mode according to the invention, which is compared with a conventional operating mode according to the prior art.

1 zeigt ein Beispiel eines SAR-Radarsystems, mit dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird. Das SAR-Radarsystem ist mit Bezugszeichen 1 bezeichnet und befindet sich auf einer entsprechenden Plattform (vorzugsweise auf einem Satelliten) in einer vorbestimmten Höhe über der Erdoberfläche. Das Radarsystem umfasst ein Antennenarray 2 aus mehreren einzelnen Antennenelementen, die sowohl zum Aussenden von Radarpulsen als auch zum Empfang von Radarpulsen dienen. Hierzu wechselt das Antennenarray zwischen einem Sendemodus und einem Empfangsmodus. Gemäß dem in 1 dargestellten Koordinatensystem bewegt sich das Radarsystem 1 in die mit x bezeichnete Azimut-Richtung senkrecht aus der Blattebene heraus. Die mit y bezeichnete Richtung ist dabei die Ground-Range-Richtung (im Folgenden als Range-Richtung bezeichnet), wohingegen die z-Koordinate in Richtung der Höhe des Radarsystems über der Erdoberfläche zeigt. 1 shows an example of a SAR radar system, with which an embodiment of the method according to the invention is performed. The SAR radar system is designated by reference numerals 1 and is located on a respective platform (preferably on a satellite) at a predetermined height above the earth's surface. The radar system includes an antenna array 2 of several individual antenna elements which serve both to emit radar pulses and to receive radar pulses. For this, the antenna array changes between a transmission mode and a reception mode. According to the in 1 The coordinate system shown moves the radar system 1 in the azimuth direction labeled x perpendicular to the plane of the page. The direction denoted by y is the ground-range direction (hereinafter referred to as the range direction), whereas the z-coordinate points in the direction of the height of the radar system above the earth's surface.

Das Radarsystem 1 wird in einem Betriebsmodus betrieben, der im Folgenden als MFSP-Modus bezeichnet wird (MFSP = Multi Frequency Sub Pulse). Es handelt sich hierbei um eine Abwandlung des an sich bekannten MSP-Betriebsmodus (MSP = Multi Sub Pulse). In beiden Modi werden in einem Pulswiederholintervall PRI (PRI = Pulse Repetition Interval) nicht nur ein einzelner Radarpuls, sondern mehrere Subpulse ausgesendet. Das Pulswiederholintervall PRI ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein zusammenhängendes Sendezeitintervall und ein darauffolgendes, zusammenhängendes Empfangszeitintervall umfasst. In dem Sendezeitintervall werden die Subpulse zur Erdoberfläche gesendet, während im Empfangsintervall Radarechos von Subpulsen empfangen werden. The radar system 1 is operated in an operating mode, hereafter referred to as MFSP mode (MFSP = Multi Frequency Sub Pulse). This is a modification of the per se known MSP operating mode (MSP = Multi Sub Pulse). In both modes, in a pulse repetition interval PRI (PRI = Pulse Repetition Interval) not only a single radar pulse, but several subpulses are emitted. The pulse repetition interval PRI is characterized in that it comprises a contiguous transmission time interval and a subsequent contiguous reception time interval. In the transmit time interval, the subpulses are transmitted to the earth's surface, while in the receive interval, radar returns are received from subpulses.

In 1 ist das Aussenden der Subpulse nochmals im linken unteren Bereich basierend auf einem Zeitdiagramm (t = Zeit) angedeutet. Man erkennt dabei das Pulswiederholintervall PRI, das sich in ein Sendezeitintervall SI und ein Empfangszeitintervall RI aufteilt, wobei das Sendezeitintervall SI in der Regel wesentlich kürzer als das Empfangszeitintervall RI ist. In dem Sendezeitintervall werden die entsprechenden Subpulse SP1, SP2, ..., SPN ausgesendet, wobei in 1 nur die Subpulse SP1 und SPN verdeutlicht sind. Im Empfangszeitintervall RI erfolgt kein Aussenden von Subpulsen, sondern es werden lediglich Radarechos durch das Antennenarray 2 empfangen. In 1 the emission of the subpulses is again indicated in the lower left area based on a time diagram (t = time). One recognizes the pulse repetition interval PRI, which is divided into a transmission time interval SI and a reception time interval RI, wherein the transmission time interval SI is generally much shorter than the reception time interval RI. In the transmission time interval, the corresponding subpulses SP1, SP2,..., SPN are transmitted, in 1 only the subpulses SP1 and SPN are illustrated. In the reception time interval RI there is no transmission of subpulses, but only radar echoes are transmitted through the antenna array 2 receive.

In der Darstellung der 1 sind ferner die Strahlkeulen der beiden Subpulse SP1 und SPN verdeutlicht. In dem dargestellten Betriebsmodus werden alle Subpulse in einem Pulswiederholintervall PRI in unterschiedliche Richtungen zur Erdoberfläche ausgesendet, so dass unterschiedliche Streifen auf der Erdoberfläche durch die Subpulse beleuchtet werden. In dem Szenario der 1 erfasst der Subpuls SP1 dabei den Streifen SW1, wohingegen der Subpuls SPN den Streifen SWN erfasst. Auch weitere, nicht wiedergegebene Subpulse erfassen entsprechende Streifen, wobei die Streifen gegebenenfalls miteinander überlappen können, sich jedoch nicht vollkommen miteinander überdecken. In 1 werden die Subpulse nacheinander im Sendezeitintervall SI ausgesendet, wobei die Subpulse dabei z.B. basierend auf analoger Strahlformung über ein Phased-Array generiert werden können. Nichtsdestotrotz besteht gegebenenfalls auch die Möglichkeit, dass die Subpulse in dem Sendezeitintervall gleichzeitig ausgesendet werden, was über eine digitale Strahlformung der Subpulse erreicht werden kann. Gegebenenfalls können auch separate Antennen zum Aussenden der Subpulse verwendet werden. In the presentation of the 1 Furthermore, the beam lobes of the two subpulses SP1 and SPN are illustrated. In the illustrated operating mode, all subpulses in a pulse repetition interval PRI are emitted in different directions to the earth's surface so that different stripes on the earth's surface are illuminated by the subpulses. In the scenario of 1 In this case, the subpulse SP1 detects the strip SW1, whereas the subpulse SPN detects the strip SWN. Also, other, not reproduced subpulses detect corresponding strips, the strips may overlap with each other, but not completely overlap with each other. In 1 the subpulses are transmitted one after the other in the transmission time interval SI, wherein the subpulses can be generated, for example, based on analog beamforming via a phased array. Nevertheless, there is also the possibility, if appropriate, that the subpulses are transmitted simultaneously in the transmission time interval, which can be achieved by digital beamforming of the subpulses. Optionally, separate antennas for emitting the subpulse can be used.

Herkömmlicherweise werden die Subpulse durch das Radarsystem in identischen Frequenzbändern ausgesendet, d.h. die einzelnen Subpulse decken die identische Frequenzbandbreite ab. Die Bandbreite stellt dabei die im entsprechenden Subpuls enthaltene Variation einer Signalfrequenz dar. Je nach verwendetem SAR-Radarsystem kann die Frequenzmodulation z.B. auf einer Trägerfrequenz von 1 GHz oder mehr, wie z.B. 5 GHz oder 10 GHz, stattfinden. Die Trägerfrequenz kann somit im X-Band, L-Band bzw. C-Band und gegebenenfalls auch in anderen Bändern liegen. Die Bandbreite der Frequenzmodulation liegt z.B. in einem Bereich zwischen 150 MHz und 300 MHz. Künftig können jedoch auch größere Bandbreiten von bis zu 800 MHz erreicht werden. Conventionally, the subpulses are transmitted by the radar system in identical frequency bands, i. the individual subpulses cover the identical frequency bandwidth. The bandwidth represents the variation of a signal frequency contained in the corresponding subpulse. Depending on the SAR radar system used, the frequency modulation may be e.g. at a carrier frequency of 1 GHz or more, e.g. 5 GHz or 10 GHz, take place. The carrier frequency can thus be in the X-band, L-band or C-band and possibly also in other bands. The bandwidth of the frequency modulation is e.g. in a range between 150 MHz and 300 MHz. In the future, however, larger bandwidths of up to 800 MHz can be achieved.

Da im bekannten MSP-Modus alle Subpulse identische Bandbreiten aufweisen, muss bei Empfang der Subpulse eine aufwändige Signalverarbeitung vorgesehen sein, um die miteinander überlappenden Radarechos der Subpulse zu trennen. Für die Erzeugung der SAR-Bilder der einzelnen Streifen SW1, ..., SWN ist dabei immer nur der Subpuls von Interesse, der den entsprechenden Streifen beleuchtet. Die anderen Subpulse, die gleichzeitig, aber wegen anderen Sendezeiten von verschiedenen Elevationswinkeln ankommen, stellen dabei eine Störung dar. Die Störung manifestiert sich durch eine Verschlechterung der Qualität des Bildes. Außerdem steigert sie die Empfindlichkeit des Systems gegen Kalibrierungsfehler. Zur Erreichung einer akzeptablen Bildqualität wird im Stand der Technik vorgeschlagen, den zeitlichen Abstand zwischen ausgesendeten Subpulsen zu maximieren oder den gerade ausgewerteten Subpuls zu verstärken und die Störung durch ein Elevationsantennendiagramm zu unterdrücken, z.B. durch ein auf den interessierenden Streifen zentriertes Antennendiagramm mit schmaler Hauptkeulenbreite und niedrigen Nebenkeulen oder mit auf störende Subpulse gerichteten Nullen. Die erste Maßnahme hat den Nachteil, dass die Streifenbreite damit begrenzt wird. Die zweite Maßnahme benötigt die Verwendung hoher Antennen mit vielen Elementen in Elevation sowie spezielle Verarbeitungstechniken. Since in the known MSP mode all subpulses have identical bandwidths, a complex signal processing must be provided upon receipt of the subpulses in order to separate the overlapping radar returns of the subpulses. For generating the SAR images of the individual strips SW1,..., SWN, only the subpulse of interest, which illuminates the corresponding strip, is of interest. The other subpulses arriving simultaneously from different angles of elevation, but because of other transmission times, are disturbances. The disturbance is manifested by a deterioration in the quality of the image. It also increases the sensitivity of the system to calibration errors. To achieve a acceptable image quality is proposed in the prior art to maximize the time interval between emitted subpulses or to amplify the subpulse being evaluated and to suppress the interference by an elevation antenna diagram, eg by a narrow main lobe width and low sidelobe antenna pattern centered on the strip of interest Zeros directed to interfering subpulses. The first measure has the disadvantage that the strip width is limited thereby. The second measure requires the use of high antennas with many elements in elevation and special processing techniques.

Zur Umgehung der soeben dargestellten Problematik werden erfindungsgemäß die der Subpulse in einem Pulswiederholintervall mit unterschiedlichen, nicht überlappenden Frequenzbereichen ausgesendet. Dies ist im rechten Teil der 1 verdeutlicht. Dort ist entlang der Abszisse die Frequenz f aufgetragen, wobei durch das Intervall B die gesamte verfügbare Bandbreite des Systems wiedergegeben ist. Beispielhaft sind wiederum die Subpulse SP1 und SPN dargestellt. Man erkennt, dass beide Subpulse unterschiedliche, nicht miteinander überlappende Frequenzbereiche FR1 und FRN aufweisen. Das Gleiche ist der Fall für etwaige weitere Subpulse, die ebenfalls innerhalb der Bandbreite B enthalten sein können. Es wird auf diese Weise sichergestellt, dass die Subpulse mittels einer einfachen Bandpass-Filterung voneinander getrennt werden können, ohne aufwändige Verarbeitungstechniken verwenden zu müssen bzw. die zeitlichen Abstände zwischen Subpulsen zu vergrößern. Vorzugsweise wird die gesamte verfügbare Bandbreite B zur Aufteilung der entsprechenden Frequenzbereiche für Subpulse genutzt. In order to circumvent the problem just described, according to the invention, the subpulses are emitted in a pulse repetition interval with different, non-overlapping frequency ranges. This is in the right part of the 1 clarified. There, along the abscissa, the frequency f is plotted, whereby the entire available bandwidth of the system is represented by the interval B. By way of example, the subpulses SP1 and SPN are again shown. It can be seen that both subpulses have different non-overlapping frequency ranges FR1 and FRN. The same is the case for any further subpulses which may also be contained within the bandwidth B. In this way, it is ensured that the subpulses can be separated from one another by means of a simple bandpass filtering, without having to use complex processing techniques or to increase the time intervals between subpulses. Preferably, the entire available bandwidth B is used to divide the corresponding frequency ranges for subpulses.

2 verdeutlicht eine Signalverarbeitung der von dem SAR-Radarsystem der 1 empfangenen Radarechos von Subpulsen. Wie bereits anhand von 1 erläutert, ist die Signalbandbreite B in nicht überlappende Frequenzbereiche FR1, ..., FRN für entsprechende Subpulse SP1, ..., SPN aufgeteilt. Zur Filterung der einzelnen Subpulse wird die Bandpass-Filterung BPF verwendet, welche entsprechende Bandpässe BP1, ..., BPN für jeden der Subpulse SP1, ..., SPN umfasst. Die Bandpässe entsprechen dabei den jeweiligen Frequenzbereichen FR1, ..., FRN. Mit dieser Bandpass-Filterung können die Subpulse auf einfache Weise im Frequenzbereich voneinander getrennt werden. Anschließend kann für jeden Frequenzbereich mittels einer SAR-Prozessierung SPR ein entsprechendes SAR-Bild IM1, ..., IMN erzeugt werden, wobei jedes Bild dem entsprechenden Streifen SW1, ..., SWN der Erdoberfläche zugeordnet ist. Die SAR-Prozessierung SPR zur Erzeugung der SAR-Bilder ist dabei an sich aus dem Stand der Technik bekannt und wird deshalb nicht näher erläutert. 2 illustrates a signal processing of the SAR radar system of the 1 received radar returns from subpulses. As already on the basis of 1 1, the signal bandwidth B is divided into non-overlapping frequency ranges FR1,..., FRN for respective sub-pulses SP1,..., SPN. For filtering the individual subpulses, the bandpass filtering BPF is used, which comprises corresponding bandpass filters BP1,..., BPN for each of the subpulses SP1,..., SPN. The bandpasses correspond to the respective frequency ranges FR1, ..., FRN. With this bandpass filtering, the subpulses can be easily separated from each other in the frequency domain. Subsequently, a corresponding SAR image IM1,..., IMN can be generated for each frequency range by means of a SAR processing SPR, each image being associated with the corresponding strip SW1,..., SWN of the earth's surface. The SAR processing SPR for generating the SAR images is known per se from the prior art and is therefore not explained in detail.

Durch die Trennung der Subpulse über eine Bandpass-Filterung kann gegebenenfalls eine einzelne Antenne mit festem Elevationsantennendiagramm zum Empfang der Subpulse verwendet werden. Ebenso wird zur Trennung der Subpulse keine digitale Strahlformung benötigt. Nichtsdestotrotz kann eine digitale Strahlformung beim Empfang der Subpulse zur Verbesserung der Signalqualität zum Einsatz kommen. By separating the subpulses via bandpass filtering, a single antenna with fixed elevation antenna diagram may be used to receive the subpulses. Likewise, no digital beamforming is needed to separate the subpulses. Nonetheless, digital beamforming may be used in receiving the subpulses to improve signal quality.

Die erreichte Signalqualität und insbesondere der bereits oben erwähnte SAAQ-Faktor ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen MFSP-Betriebsmodus deutlich besser als im Vergleich zum herkömmlichen MSP-Modus, bei dem die Subpulse mit identischen Frequenzbereichen ausgesendet werden. The achieved signal quality and in particular the already mentioned above SAAQ factor is significantly better when using the MFSP operating mode according to the invention as compared to the conventional MSP mode, in which the subpulses are emitted with identical frequency ranges.

3 zeigt einen Betriebsmodus eines (zukünftigen) SAR-Systems, anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren basierend auf Simulationen analysiert wurde. In dem Diagramm der 3 ist entlang der Abszisse die Pulswiederholfrequenz PRF wiedergegeben, welche das Inverse des Pulswiederholintervalls PRI ist. Die Ordinate im linken Bereich gibt den Elevationswinkel φ wieder, der mit entsprechenden Range-Positionen R gemäß der Ordinate im rechten Bereich korreliert ist. Die in dem Diagramm dargestellten schwarzen Bereiche RA sind Range-Positionen, die entsprechend den gewählten Pulswiederholfrequenzen aufgrund eines gleichzeitigen Sendens und Empfangens von Radarpulsen nicht erfasst werden können. In dem Diagramm der 3 sind mittels vertikaler Balken die im analysierten Betriebsmodus abgebildeten Streifen auf der Erdoberfläche in Range-Richtung angedeutet. Ein jeweiliger Streifen wird dabei durch einen Subpuls SP1, SP2 bzw. SP3 erfasst. 3 shows an operating mode of a (future) SAR system, based on which the inventive method has been analyzed based on simulations. In the diagram of 3 the pulse repetition frequency PRF, which is the inverse of the pulse repetition interval PRI, is reproduced along the abscissa. The ordinate in the left-hand area represents the elevation angle φ, which is correlated with corresponding range positions R according to the ordinate in the right-hand area. The black areas RA shown in the diagram are range positions that can not be detected according to the selected pulse repetition frequencies due to simultaneous transmission and reception of radar pulses. In the diagram of 3 are indicated by means of vertical bars the imaged in the analyzed operating mode strips on the earth's surface in the range direction. A respective strip is detected by a subpulse SP1, SP2 or SP3.

Die Streifen bzw. ausgesendeten Subpulse wurden basierend auf einem ScanSAR-Modus in zwei Bursts BR1 und BR2 aufgeteilt, welche jeweils die Subpulse SP1, SP2 und SP3 enthalten. Die einander entsprechenden Subpulse SP1, SP2 bzw. SP3 der beiden Bursts liegen dabei im gleichen Frequenzbereich. Jeder Burst umfasst eine Vielzahl von Pulswiederholintervallen, wobei zwischen den beiden Bursts BR1 und BR2 gewechselt wird. Die einzelnen Subpulse in den jeweiligen Pulswiederholintervallen werden in jedem Burst nacheinander ausgesendet. Das Pulswiederholintervall des Bursts BR1 ist unterschiedlich zu dem Pulswiederholintervall des Bursts BR2, wie durch die unterschiedlichen Pulswiederholfrequenzen in 3 ersichtlich wird. Insbesondere wurde dabei für den Burst BR1 eine Pulswiederholfrequenz von 1670 Hz verwendet, wohingegen der Burst BR2 eine Pulswiederholfrequenz von 1775 Hz aufweist. Insgesamt wird durch die Subpulse der beiden Bursts eine Streifenbreite von 375 km auf der Erdoberfläche beleuchtet. The stripes or transmitted sub-pulses were split into two bursts BR1 and BR2, each containing the sub-pulses SP1, SP2 and SP3, based on a ScanSAR mode. The mutually corresponding subpulses SP1, SP2 and SP3 of the two bursts lie in the same frequency range. Each burst includes a plurality of pulse repetition intervals, switching between the two bursts BR1 and BR2. The individual subpulses in the respective pulse repetition intervals are transmitted one after the other in each burst. The pulse repetition interval of the burst BR1 is different than the pulse repetition interval of the burst BR2 as determined by the different pulse repetition frequencies in FIG 3 becomes apparent. In particular, a pulse repetition frequency of 1670 Hz was used for the burst BR1, whereas the burst BR2 has a pulse repetition frequency of 1775 Hz. Overall, the subpulses of the two bursts illuminate a stripe width of 375 km on the earth's surface.

Für die Subpulse innerhalb der Pulswiederholintervalle jedes Bursts wurden unterschiedliche, nicht überlappende Frequenzbereiche verwendet. Die mit dem MFSP-Modus erzeugten SAR-Bilder wurden mit SAR-Bildern gemäß einem herkömmlichen MSP-Betriebsmodus verglichen, bei dem die Subpulse in identischen Frequenzbereichen liegen. Dabei wurde die Abbildungsqualität basierend auf folgenden, an sich bekannten Größen analysiert:

– RASR (Range Ambiguity-to-Signal Ratio),
– NESZ (Noise Equivalent Sigma Zero),
– AASR (Azimut Ambiguity-to-Signal Ratio).

For the subpulses within the pulse repetition intervals of each burst, different non-overlapping frequency ranges were used. The SAR images generated with the MFSP mode were compared to SAR images according to a conventional MSP mode of operation in which the subpulses are in identical frequency ranges. The image quality was analyzed based on the following known quantities:

RASR (range ambiguity-to-signal ratio),
- NESZ (Noise Equivalent Sigma Zero),
- AASR (Azimuth ambiguity-to-signal ratio).

Ferner wurde der SAAQ-Faktor für den erfindungsgemäßen und den herkömmlichen Betriebsmodus ermittelt. Es hat sich dabei ergeben, dass es im erfindungsgemäßen MFSP-Modus möglich ist, die gesamte Streifenbreite von 375 km mit einer Azimut-Auflösung unter 3,4 m in hoher Bildqualität abzubilden. Der SAAQ-Wert (d.h. Verhältnis von Streifenbreite zur Azimut-Auflösung) lag dabei bei 110,2 km/m. Im konventionellen Betriebsmodus kann hingegen nur die Abbildung eines 375 km breiten Streifens mit einer Azimut-Auflösung von 8,7 m erreicht werden, was einem SAAQ-Wert von 43,1 km/m entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Erzeugung von SAR-Bildern mit besserem SAAQ-Faktor bei gleichzeitig hoher Abbildungsqualität.Furthermore, the SAAQ factor for the inventive and the conventional operating mode was determined. It has been found that it is possible in the MFSP mode according to the invention to image the entire strip width of 375 km with an azimuth resolution below 3.4 m in high image quality. The SAAQ value (i.e., ratio of stripe width to azimuth resolution) was 110.2 km / m. In contrast, in conventional operation mode, only a 375 km wide strip with an azimuth resolution of 8.7 m can be achieved, which corresponds to a SAAQ value of 43.1 km / m. The inventive method thus enables the generation of SAR images with better SAAQ factor with high imaging quality.

Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann auf einfache Weise in einem Multi-Subpuls-Betriebsmodus eine Trennung der einzelnen Subpulse erreicht werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Subpulse in einem jeweiligen Pulswiederholintervall in unterschiedlichen Frequenzbändern liegen, so dass die Subpulse rein durch eine Bandpass-Filterung getrennt werden können. Die erfassten SAR-Bilder weisen einen deutlich verbesserten SAAQ-Faktor auf, wobei ferner eine hohe Abbildungsqualität erreicht wird. The embodiments of the method according to the invention described above have a number of advantages. In particular, a separation of the individual subpulses can be achieved in a simple manner in a multi-subpulse operating mode. This is made possible by the fact that the subpulses lie in different frequency bands in a respective pulse repetition interval, so that the subpulses can be separated purely by bandpass filtering. The acquired SAR images have a markedly improved SAAQ factor, and furthermore a high imaging quality is achieved.

Claims

Synthetic aperture radar method for remote sensing of the earth's surface via a radar system ( 1 ) which moves in an azimuth direction (x) above the earth's surface, the radar system ( 1 ) a transmitting device ( 2 ) for emitting radar pulses and a receiving device ( 2 ) for receiving radar returns of the radar pulses for different range positions in a range direction (y) which is perpendicular to the azimuth direction (x), radar pulses being emitted by the transmitting device in successive pulse repetition intervals (PRI). 2 Radar returns are received by the receiving device, wherein in a contiguous transmission time interval (SI) of a respective Pulwiederholintervalls (PRI) several radar pulses in the form of subpulses (SP1, ..., SPN) are emitted in different directions to the earth's surface and in one subsequent, continuous reception time interval (RI) of the respective pulse repetition interval (PRI) radar echo of subpulses (SP1, ..., SPN) are received, characterized in that the subpulses (SP1, ..., SPN) in a respective Pulswiederholintervall ( PRI) are generated in such a way that they cover different, non-overlapping frequency ranges (FR1,..., FRN), the received radar returns for evaluating a bandpass filtering (BPF) with the different frequency ranges (FR1,..., FRN) as bandpasses (BP1, ..., BPN).

Method according to Claim 1, characterized in that the subpulses (SP1, ..., SPN) in a respective pulse repetition interval (PRI) are transmitted at least partially simultaneously and / or at least partially at different times.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the frequency-modulated subpulses (SP1, ..., SPN) are generated by means of one or more oscillators and in particular a single oscillator which provide a signal having a carrier frequency, different baseband signals being connected to the signal be shifted and thereby the different frequency ranges (FR1, ..., FRN) of the subpulses (SP1, ..., SPN) are generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the subpulses (SP1, ..., SPN) in a respective pulse repetition interval (PRI) perpendicular to the azimuth direction (x) in different range ranges in the range direction (y) emitted whereby a plurality of predetermined stripes (SW1, ..., SWN) having a width in the range direction (y) on the earth's surface are detected.

A method according to claim 4, characterized in that with each pulse repetition interval (PRI) the same predetermined strips are detected on the earth's surface.

Method according to Claim 4 or 5, characterized in that the pulse repetition intervals (PRI) are subdivided into chronologically consecutive bursts (BR1, BR2), wherein within a burst (BR1, BR2) the same predetermined repetitive pulse repetition intervals (PRI) are always used Strips (SW1, ..., SWN) are detected on the earth's surface, wherein the predetermined Strips (SW1, ..., SWN) vary from one burst (BR1) to the next burst (BR2).

A method according to claim 6, characterized in that the pulse repetition intervals (PRI) within a burst (BR1, BR2) have the same length and from one burst (BR1) to the next burst (BR2) have different lengths.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a respective pulse repetition interval (PRI), the subpulses (SP1..., SPN) are directed at different angles to the azimuth direction (x).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for a plurality of successive pulse repetition intervals (PRI) a subpulse (SP1, ..., SPN) corresponding to a subpulse (SP1, ..., SPN) in a pulse repetition interval (PRI) ) is assigned in the next pulse repetition interval, wherein the mutually corresponding subpulses (SP1, ..., SPN) for at least part of the pulse repetition intervals (PRI) detect the substantially same area on the earth's surface by adjusting their beam directions.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the subpulses (SP1, ..., SPN) via a transmitting device ( 2 ) are emitted in the form of an antenna array, wherein the subpulses (SP1, ..., SPN) are preferably generated by means of analog and / or digital beamforming.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the subpulses (SP1, ..., SPN) via a receiving device ( 2 ) are received in the form of a single antenna and / or an antenna array, wherein when using an antenna array ( 2 ), preferably a plurality of receive lobes for receiving the radar echoes are generated by means of digital beamforming.

Synthetic aperture radar device for remote sensing of the earth's surface with a radar system ( 1 ) which moves in operation in an azimuth direction (x) above the surface of the earth, the radar system ( 1 ) a transmitting device ( 2 ) for emitting radar pulses and a receiving device ( 2 ) for receiving radar returns of the radar pulses for different range positions in a range direction (y) perpendicular to the azimuth direction (x), the synthetic aperture device being arranged to perform a method of operation the radar pulses in successive pulse repetition intervals (PRI) by the transmitting device ( 2 Radar returns are received by the receiving device, wherein in a contiguous transmission time interval (SI) of a respective Pulwiederholintervalls (PRI) several radar pulses in the form of subpulses (SP1, ..., SPN) are emitted in different directions to the earth's surface and in one subsequent, continuous reception time interval (RI) of the respective pulse repetition interval (PRI) radar echo of subpulses (SP1, ..., SPN) are received, characterized in that the subpulses (SP1, ..., SPN) in a respective Pulswiederholintervall ( PRI) are generated so as to cover different non-overlapping frequency ranges (FR1, ..., FRN).

A synthetic aperture device according to claim 12, arranged for carrying out a method according to any one of claims 2 to 11.

Synthetic aperture system comprising a synthetic aperture radar device according to claim 12 or 13 and an evaluation unit for evaluating the received radar echoes, wherein the evaluation unit is configured such that it receives the received radar returns of a bandpass filtering (BPF) with the different frequency ranges (FR1, ..., FRN) as band passes (BP1, ..., BPN).