CH709940B1 - Absolute radiometric calibration of the radar backscatter cross section of radar targets. - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts RCS j einer Anzahl N von Radarzielen, wobei zumindest ein Radarziel einen Radarsender mit einer Sendeantenne und einen Radarempfänger mit einer Empfängerantenne aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. In einem ersten Schritt (101) erfolgt ein Aussenden eines Signals S durch einen Radarsender S k mit einer Sendeleistung PT k , j , ein Empfangen des Signals S durch ein anderes der Radarziele, ein Aussenden oder Reflektieren des empfangenen Signals S durch das andere Radarziel und ein Empfangen des von dem Radarziel ausgehenden Signals S durch den Radarempfänger des Radarziels mit der Empfangsleistung PR k,j . In einem zweiten Schritt (102) erfolgt ein Ausführen des Schrittes (101) für N unterschiedliche Paarungen von Radarzielen. In einem dritten Schritt 103 erfolgt basierend auf bekannten Distanzen der Radartransponder bei der Durchführung der Schritte (101) und (102) und ermittelten Verhältnissen PR k,j ,/ PT k,j , ein Ermitteln der Radarrückstreuquerschnitte RCS j der Radartransponder T j basierend auf folgendem Zusammenhang:The invention relates to a method for the radiometric calibration of the radar backscatter cross section RCS j of a number N of radar targets, at least one radar target having a radar transmitter with a transmitting antenna and a radar receiver with a receiving antenna. The process includes the following steps. In a first step (101), a signal S is transmitted by a radar transmitter S k with a transmission power PT k, j, the signal S is received by another of the radar targets, the received signal S is transmitted or reflected by the other radar target and receiving the signal S emanating from the radar target by the radar receiver of the radar target with the received power PR k, j. In a second step (102) step (101) is carried out for N different pairings of radar targets. In a third step 103, based on known distances of the radar transponders when carrying out steps (101) and (102) and determined ratios PR k, j, / PT k, j, the radar backscatter cross sections RCS j of the radar transponders T j are determined based on following connection:
Description
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur absoluten radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts RCSj (engl. «Radar Cross Section» – RCS) einer Anzahl N von Radarzielen Ti, mit i = 1, 2, N, und N ≥ 3. Die Erfindung findet Verwendung in der Raumfahrt- und Luftfahrtindustrie zur absoluten radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts, insbesondere von aktiven Referenzzielen, sogenannten Transpondern. The invention relates to a method for the absolute radiometric calibration of the radar backscatter cross section RCSj (English "Radar Cross Section" - RCS) of a number N of radar targets Ti, with i = 1, 2, N, and N ≥ 3. The invention takes place Use in the space and aviation industry for the absolute radiometric calibration of the radar backscatter cross-section, in particular of active reference targets, so-called transponders.
[0002] Infolge der stetig steigenden Nachfrage nach Fernerkundungsdaten der Erde, insbesondere von Fernerkundungsdaten, die mit Hilfe satellitengestützter SAR-Systeme, wie TerraSAR-X oder Sentinel-1 gewonnen werden, rückt die Qualität der sogenannten SAR-Datenprodukte immer mehr in den Vordergrund. Denn erst wenn die Qualität der SAR-Datenprodukte sichergestellt ist, lassen sich nützliche Informationen zur Erdbeobachtung ableiten (wie bspw. zur Beobachtung von Gletscherbewegungen, dem Packeis oder Überflutungen, dem Abholzen tropischer Regenwälder, der Ableitung der weltweiten Biomasse etc.). As a result of the steadily increasing demand for remote sensing data from the earth, in particular remote sensing data that are obtained with the help of satellite-based SAR systems such as TerraSAR-X or Sentinel-1, the quality of the so-called SAR data products is becoming more and more important. Because only when the quality of the SAR data products is ensured, useful information for earth observation can be derived (e.g. for the observation of glacier movements, the pack ice or floods, the cutting down of tropical rainforests, the derivation of worldwide biomass etc.).
[0003] Eine hohe Qualität der SAR-Datenprodukte lässt sich jedoch nur erreichen, wenn die satellitengestützten SAR-Systeme genau kalibriert werden, und da zukünftige SAR-Systeme mit einer höheren Genauigkeit abgeglichen werden sollen, rückt die Genauigkeit der hierzu benötigten Referenzziele und somit die hinreichend genaue Kalibrierung dieser Referenzziele immer mehr in den Vordergrund. However, a high quality of the SAR data products can only be achieved if the satellite-based SAR systems are precisely calibrated, and since future SAR systems are to be compared with a higher degree of accuracy, the accuracy of the reference targets required for this purpose and thus the sufficiently accurate calibration of these reference targets is becoming more and more important.
[0004] Die Hauptanwendung des beschriebenen Verfahrens liegt zunächst in der absoluten radiometrischen Kalibrierung von aktiven Referenzzielen, den sogenannten (Radar-)Transpondern, die im Anschluss für die Kalibrierung satellitengestützter SAR-Systeme zum Einsatz kommen. Grundsätzlich kann das Verfahren überall dort angewendet werden, wo Radarrückstreuquerschnitte RCS von insbesondere aktiven Kalibrierzielen vermessen werden sollen. Dazu gehören zum Beispiel auch Transponder, wie sie für die Kalibrierung von Wetterradaren eingesetzt werden. The main application of the method described is initially in the absolute radiometric calibration of active reference targets, the so-called (radar) transponders, which are then used for the calibration of satellite-based SAR systems. In principle, the method can be used wherever radar backscatter cross sections RCS of active calibration targets in particular are to be measured. This also includes, for example, transponders such as those used to calibrate weather radars.
[0005] Zur Zeit gibt es grundsätzlich drei verschiedene Verfahrensvarianten, um den Radarrückstreuquerschnitt RCS von aktiven Radarzielen messtechnisch zu bestimmen. In einer ersten Verfahrensvariante erfolgt eine Vermessung der einzelnen Transponderkomponenten, wie Antennen und Verstärker, im Labor und eine anschliessende Berechnung des sich hieraus ergebenden Radarrückstreuquerschnitts RCS des jeweiligen Transponders. Ein Problem bei dieser Variante liegt in der hohen systematischen Messunsicherheit der Methode, die sich aufgrund der vielen Einzelmessungen ergibt. Zusätzlich ergeben sich Unsicherheiten durch das Hintereinanderschalten der Einzelkomponenten des Transponders (Antennen, Converter, Verstärker etc.) nach der Vermessung, da die Schnittstellen nicht Teil der ursprünglichen Messungen sind. At present there are basically three different method variants for determining the radar backscatter cross section RCS of active radar targets by measurement. In a first variant of the method, the individual transponder components, such as antennas and amplifiers, are measured in the laboratory and the resulting radar backscatter cross section RCS of the respective transponder is then calculated. One problem with this variant is the high systematic measurement uncertainty of the method, which results from the many individual measurements. In addition, there are uncertainties due to the series connection of the individual components of the transponder (antennas, converters, amplifiers, etc.) after the measurement, since the interfaces are not part of the original measurements.
[0006] In einer zweiten Verfahrensvariante erfolgt eine Vermessung des Transponders als Radarziel in einer geeigneten RCS-Messanlage (innen wie aussen). Dabei wird der Transponder als «Black Box» betrachtet, auf dessen konkretes «Innenleben» es nicht ankommt. Ein Problem bei dieser Variante liegt neben den üblichen Herausforderungen, wie der Unterdrückung unerwünschter Rückstreuungen durch die Messumgebung, die bspw. durch Halterungen, einen Drehturm etc. verursacht werden, insbesondere darin, dass diese Messung eine vergleichende Messung ist, d.h., es wird ein zusätzliches Referenzziel mit bekanntem Radarrückstreuquerschnitt RCS benötigt. Die Unsicherheit, mit der dieser letztgenannte Radarrückstreuquerschnitt RCS bekannt ist, stellt direkt eine Grenze für das Erreichen noch akkuraterer Kalibrierungen dar. Zusätzlich kann es bei Transpondern mit hohem Radarrückstreuquerschnitt RCS und damit einer hohen Verstärkung zu einem ungewollten Aufschwingen kommen, wenn diese in einer Schirmkammer betrieben werden. Hierdurch wird eine akkurate absolute radiometrische Kalibrierung der Transponder in einer Schirmkammer verhindert. In a second variant of the method, the transponder is measured as a radar target in a suitable RCS measuring system (inside and outside). The transponder is viewed as a “black box”, the specific “inner workings” of which are irrelevant. In addition to the usual challenges, such as the suppression of undesired backscattering caused by the measurement environment, for example by brackets, a rotating tower, etc., a problem with this variant is in particular that this measurement is a comparative measurement, i.e. it becomes an additional measurement Reference target with known radar backscatter cross section RCS required. The uncertainty with which this last-mentioned radar backscatter cross-section RCS is known directly represents a limit for achieving even more accurate calibrations. In addition, transponders with a high radar backscatter cross-section RCS and thus a high gain can lead to unwanted oscillations when they are operated in a screen chamber will. This prevents an accurate absolute radiometric calibration of the transponders in a shielded chamber.
[0007] In einer dritten Verfahrensvariante erfolgt der Betrieb des Transponders als Radargerät, d.h. mit einem aktiven Sender und Empfänger, mit dem ein Referenzziel mit bekanntem Radarrückstreuquerschnitt RCS in bekannter Entfernung vermessen wird. Ein Problem bei dieser Variante liegt darin, dass neben denselben Problemen, wie bei der vorherigen zweiten Variante, eine Filterung des Hintergrunds im Zeitbereich aufgrund der typischerweise begrenzten Transponderbandbreite nicht in ausreichendem Masse möglich ist. In a third variant of the method, the transponder is operated as a radar device, i.e. with an active transmitter and receiver with which a reference target with a known radar backscatter cross section RCS is measured at a known distance. One problem with this variant is that, in addition to the same problems as with the previous second variant, filtering of the background in the time domain is not possible to a sufficient extent due to the typically limited transponder bandwidth.
[0008] Insgesamt gilt für die genannte Kalibrierung von SAR-Systemen, dass die Messunsicherheit in der Kalibrierung eines Referenz-Transponders einen direkten Einfluss auf die erreichbare radiometrische Genauigkeit der zu kalibrierenden SAR-Systeme hat. Je akkurater das Kalibriernormal ist, desto akkurater kann daraufhin das SAR-System kalibriert werden. Overall, for the calibration of SAR systems mentioned, the measurement uncertainty in the calibration of a reference transponder has a direct influence on the achievable radiometric accuracy of the SAR systems to be calibrated. The more accurate the calibration standard, the more accurately the SAR system can then be calibrated.
[0009] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur absoluten radiometrischen Kalibrierung der Radarrückstreuquerschnitte von drei oder mehr Radarkalibrierzielen anzugeben. The object of the invention is to provide an improved method for the absolute radiometric calibration of the radar backscatter cross-sections of three or more radar calibration targets.
[0010] Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. [0010] The invention results from the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous developments and refinements. Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the following description and the explanation of exemplary embodiments of the invention which are shown in the figures.
[0011] Die Aufgabe ist mit einem Verfahren zur absoluten radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts RCSieiner Anzahl N von Radarzielen Timit i = 1, 2, …, N, und N ≥ 3, gelöst. Das vorgeschlagene Verfahren basiert darauf, dass zumindest ein Radarziel Ti=1einen Radarsender S1mit einer Sendeantenne SA1und einen Radarempfänger E1mit einer Empfängerantenne EA1aufweist, wobei der Radarempfänger E1und der Radarsender S1unabhängig voneinander arbeiten. Somit ist das Radarziel T1, in einem Radar-Modus betreibbar, bei dem das Radarziel T1Radarsignale aussenden und unabhängig davon Radarsignale empfangen kann. The object is achieved with a method for the absolute radiometric calibration of the radar backscatter cross section RCSieiner number N of radar targets Timit i = 1, 2, ..., N, and N ≥ 3. The proposed method is based on the fact that at least one radar target Ti = 1 has a radar transmitter S1 with a transmitting antenna SA1 and a radar receiver E1 with a receiving antenna EA1, the radar receiver E1 and the radar transmitter S1 working independently of one another. The radar target T1 can thus be operated in a radar mode in which the radar target T1 can transmit radar signals and receive radar signals independently thereof.
[0012] Das vorgeschlagene Verfahren basiert weiterhin darauf, dass ein zweites Radarziel Tj=2vorhanden ist, das einen Radarsender S2mit einer Sendeantenne SA2, einen Radarempfänger E2mit einer Empfängerantenne EA2, und eine Einheit D2aufweist, mit der der Radarsender S2in einem Transponder-Modus TM des Radarziels T2mit dem Radarempfänger E2verbunden ist, sodass ein von dem Radarempfänger E2empfangenes Signal S vom Radarsender S2(weitestgehend unverzüglich) wieder (aktiv) ausgesandt wird, und mit der der Radarsender S2in einem Radar-Modus RM des Radarziels T2nicht mit dem Radarempfänger E2verbunden ist, sodass der Radarsender S2und der Radarempfänger E2unabhängig voneinander arbeiten. The proposed method is also based on the fact that a second radar target Tj = 2 is present, which has a radar transmitter S2 with a transmitting antenna SA2, a radar receiver E2 with a receiving antenna EA2, and a unit D2 with which the radar transmitter S2 in a transponder mode TM des Radar target T2 is connected to the radar receiver E2, so that a signal S received by the radar receiver E2 is (actively) transmitted again by the radar transmitter S2 (largely immediately), and with which the radar transmitter S2 in a radar mode RM of the radar target T2 is not connected to the radar receiver E2, so that the radar transmitter S2 and the radar receiver E2 work independently of one another.
[0013] Das vorgeschlagene Verfahren basiert weiterhin darauf, dass ein drittes Radarziel Ti=3vorhanden ist, das einen Radarsender S3mit einer Sendeantenne SA3, einen Radarempfänger E3mit einer Empfängerantenne EA3, und eine Einheit D3aufweist, mit der der Radarsender S3mit dem Radarempfänger E3verbindbar ist, sodass ein von dem Radarempfänger E3empfangenes Signal S vom Radarsender S3wieder ausgesandt wird, oder das Radarziel T3ein passives Radarziel ist, das ein auftreffendes Signal S reflektiert. Ein passives Radarziel Tiund ein im Transponder-Modus betriebenes Radarziel Tihaben vorliegend gemeinsam, dass sie ein auftreffendes Radarsignal reflektieren (im ersten Fall erfolgt dies passiv, im zweiten Fall aktiv und eventuell zeitlich verzögert). The proposed method is also based on the fact that a third radar target Ti = 3 is present, which has a radar transmitter S3 with a transmitting antenna SA3, a radar receiver E3 with a receiving antenna EA3, and a unit D3, with which the radar transmitter S3 can be connected to the radar receiver E3, so that a signal S received by the radar receiver E3 is re-transmitted by the radar transmitter S3, or the radar target T3 is a passive radar target that reflects an incident signal S. In the present case, a passive radar target Ti and a radar target Ti operated in transponder mode have in common that they reflect an impinging radar signal (in the first case this takes place passively, in the second case actively and possibly with a time delay).
[0014] Die vorstehend genannten Eigenschaften der mindestens drei Radarziele Tisind Minimalforderungen. So können bspw. alle drei der Radarziele Tiderart ausgeführt sein, dass sie sowohl im Radar-Modus als auch im Transponder-Modus betrieben werden können und somit die Eigenschaften des vorstehend genannten zweiten Radarziels T2aufweisen. The aforementioned properties of the at least three radar targets Ti are minimum requirements. For example, all three of the Tiderart radar targets can be designed so that they can be operated both in radar mode and in transponder mode and thus have the properties of the aforementioned second radar target T2.
[0015] Das vorgeschlagene Verfahren umfasst folgende Schritte. The proposed method comprises the following steps.
[0016] Das Verfahren beginnt mit dem Aussenden eines Signals S durch den Radarsender Skdes Radarziels Tkmit einer Sendeleistung PTk,jan ein anders Radarziel Tj. Das ausgesandte Signal S wird von dem anderen Radarziel Tjempfangen. Dieses Radarziel Tjsendet oder reflektiert das empfangene Signal S zurück an das Radarziel Tk. Das vom Radarziel Tjausgehende Signal S wird vom Radarempfänger Ekdes Radarziels Tkmit der Empfangsleistung PRk,jempfangen, wobei gilt: k, j {1, 2, …, N} und k ≠ j. Diese Abläufe werden für die folgenden Ausführungen als «erster Schritt» des Verfahrens zusammengefasst. The method begins with the transmission of a signal S by the radar transmitter Skdes radar target Tk with a transmission power PTk, jan a different radar target Tj. The transmitted signal S is received by the other radar target Tj. This radar target Tj sends or reflects the received signal S back to the radar target Tk. The signal S emanating from the radar target Tj is received by the radar receiver Ek of the radar target Tk with the received power PRk, j, where: k, j {1, 2, ..., N} and k ≠ j. These processes are summarized as the “first step” of the procedure for the following explanations.
[0017] Weiterhin erfolgt in einem zweiten Schritt ein Ausführen des zuvor als «erster Schritt» definierten Schrittes für N unterschiedliche Paarungen TkTjvon Radarzielen Tkund Tj, wobei die Paarungen TkTjund TjTkals identisch gelten. Dabei werden jeweils die Grössen: Sendeleistung PTk,jund Empfangsleistung PRk,jerfasst. Weiterhin werden jeweils die bei der Messung zugrundeliegenden Distanzen Dk,j= |( Pk–Pj)| der Radarziele Tkund Tjerfasst, bzw. exakt bestimmt. Furthermore, in a second step, the step previously defined as the “first step” is carried out for N different pairings TkTj of radar targets Tkund Tj, the pairings TkTj and TjTkals being identical. The following variables are recorded in each case: transmit power PTk, j and receive power PRk, j. Furthermore, the distances Dk, j = | (Pk-Pj) | the radar targets Tkund Tjer detected or exactly determined.
[0018] In einem dritten Schritt wird anschliessend basierend auf bekannten Distanzen Dk,jder Radarziele Tkund Tjwährend der Durchführung des ersten und des zweiten Schrittes, sowie basierend auf ermittelten Verhältnissen von PRk,j/PTk,jder Radarrückstreuquerschnitte RCSjder Radarziele Tjbasierend auf folgendem Zusammenhang ermittelt: In a third step, based on known distances Dk, jder radar targets Tkund Tj during the implementation of the first and second step, as well as based on determined ratios of PRk, j / PTk, jder radar backscatter cross-sections RCSjder radar targets Tjbased on the following relationship:
mit GR: Antennengewinn der Empfängerantenne EAk, GT: Antennengewinn der Senderantenne SAk, und λ Wellenlänge des Radarsignals S. with GR: antenna gain of the receiver antenna EAk, GT: antenna gain of the transmitter antenna SAk, and λ wavelength of the radar signal S.
[0019] Vorteilhaft wird zur Durchführung des «ersten Schrittes» die Hauptstrahlrichtung des Radarsenders Skexakt auf das Radarziel Tjbzw. dessen Empfangsantenne ausgerichtet. Diese Ausrichtung kann bspw. mittels Laservermessung erfolgen. The main beam direction of the radar transmitter Skexakt to the radar target Tjbzw is advantageous to carry out the "first step". its receiving antenna aligned. This alignment can take place, for example, by means of laser measurement.
[0020] Die Distanzen Dk,jergeben sich vorteilhaft aus einer genauen Erfassung der Positionen Pkund Pjder Radarziele Tkund Tjwährend der Messungen: Dk,j= |( Pk–Pj)|, wobei jeweils vom Phasenzentrum der jeweiligen Antenne aus gemessen wird. Die genaue Erfassung dieser Positionen erfolgt bspw. mittels eines Differential-GPS-Geräts. Vorteilhaft können die Distanzen Dk,jauch mittels eines Laser-Entfernungsmessmittels erfasst werden. The distances Dk, j result advantageously from an accurate detection of the positions Pkund Pj of the radar targets Tkund Tj during the measurements: Dk, j = | (Pk-Pj) |, each of which is measured from the phase center of the respective antenna. The exact detection of these positions takes place, for example, by means of a differential GPS device. The distances Dk can advantageously also be recorded by means of a laser distance measuring device.
[0021] Es sei hier angemerkt, dass der Radarrückstreuquerschnitt RCSjnur sinnvoll für ein Fernfeld definiert ist. Basierend auf einer Antennen-Dimension D gilt die Fernfeldbedingung für eine Entfernung Dk,jvon > , wobei λ die Wellenlänge des Signals S ist. It should be noted here that the radar backscatter cross section RCSj is only meaningfully defined for a far field. Based on an antenna dimension D, the far field condition applies to a distance Dk, jfrom>, where λ is the wavelength of the signal S.
[0022] Werden als Radarziele bspw. Radartransponder mit zwei Antennen (Sendeantenne, Empfangsantenne) benutzt, deren Antennenapertur jeweils einen Durchmesser von 20 cm aufweisen und die Antennenzuleitungen ca. 40 cm voneinander separiert sind, dann ergibt sich für ein D von 60 cm und eine Wellenlänge λ = 5,6 cm, dass das Fernfeld bei Entfernungen von Dk,j> 13 m beginnt. If, for example, radar transponders with two antennas (transmitting antenna, receiving antenna) are used as radar targets, the antenna apertures of which each have a diameter of 20 cm and the antenna feed lines are separated from each other by approximately 40 cm, then the result is a D of 60 cm and one Wavelength λ = 5.6 cm means that the far field begins at distances of Dk, j> 13 m.
[0023] Sofern N > 3 ist, können die weiteren Radarziele Ti>3beliebig ausgeführt sein, d.h. sie können passive Radarziele, als Transponder arbeitende Radarziele, als Radar arbeitende Radarziele oder wahlweise im Radar- bzw. Transponder-Modus betreibbare Radarziele sein. If N> 3, the further radar targets Ti> 3 can be implemented as desired, i.e. they can be passive radar targets, radar targets operating as transponders, radar targets operating as radar or alternatively radar targets that can be operated in radar or transponder mode.
[0024] Das vorgeschlagene Verfahren erfordert zur Absolut-Kalibrierung bspw. der Radarrückstreuquerschnitte RCSi=1,2,3dreier gattungsgemässer Radarziele Ti=1,2,3somit lediglich die Messung des Verhältnisses PRk,j/PTk,jfür drei Radarzielkombinationen, bspw.T1T2, T1T3und T2T3bei bekannten Distanzen D1,2, D1,3, und D2,3. Diese Daten werden in ein sich aus der Gleichung (1) ergebendes lineares und leicht lösbares Gleichungssystem mit drei Gleichungen und drei Unbekannten (Radarrückstreuquerschnitte RCSi=1,2,3) eingesetzt. For absolute calibration, the proposed method requires, for example, the radar backscatter cross-sections RCSi = 1,2,3 three generic radar targets Ti = 1,2,3 so only the measurement of the ratio PRk, j / PTk, j for three radar target combinations, e.g. T1T2, T1T3 and T2T3 at known distances D1,2, D1,3, and D2,3. These data are inserted into a linear and easily solvable system of equations with three equations and three unknowns (radar backscatter cross-sections RCSi = 1,2,3) resulting from equation (1).
[0025] Daraus ergibt sich, dass zur Bestimmung der Radarrückstreuquerschitte von N Radarzielen Timindestens N Messungen für N unterschiedliche Paarungen erforderlich sind. It follows that to determine the radar backscatter cross sections of N radar targets Tim at least N measurements for N different pairings are required.
[0026] Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Radarziel T1eine Einheit D1aufweist, mit der der Radarsender S1in einem Transponder-Modus TM des Radarziels T1mit dem Radarempfänger E1verbunden ist, sodass ein von dem Radarempfänger E1empfangenes Signal S vom Radarsender S1wieder ausgesandt wird, und mit der der Radarsender S1in einem Radar-Modus RM des Radarziels T1nicht mit dem Radarempfänger E1verbunden ist, sodass der Radarempfänger E1und der Radarsender S1unabhängig voneinander arbeiten. Mit anderen Worten, ist das Radarziel T1in dieser Weiterbildung sowohl im Transponder-Modus als auch im Radar-Modus einsetzbar, sodass insgesamt zwei der minimal drei Radarziele Tiin den beiden Modi betrieben werden können, während das dritte Radarziel T3nur als Transponder betreibbar ist oder ein passives Radarziel darstellt. An advantageous development of the method is characterized in that the radar target T1 has a unit D1 with which the radar transmitter S1 is connected to the radar receiver E1 in a transponder mode TM of the radar target T1, so that a signal S received by the radar receiver E1 is re-transmitted by the radar transmitter S1 and with which the radar transmitter S1 is not connected to the radar receiver E1 in a radar mode RM of the radar target T1, so that the radar receiver E1 and the radar transmitter S1 operate independently of one another. In other words, the radar target T1 in this development can be used both in transponder mode and in radar mode, so that a total of two of the minimum three radar targets Ti can be operated in both modes, while the third radar target T3 can only be operated as a transponder or a passive one Represents radar target.
[0027] Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Radarziel T3eine Einheit D3aufweist, mit der der Radarsender S3in einem Transponder-Modus TM des Radarziels T3mit dem Radarempfänger E3verbunden ist, sodass ein von dem Radarempfänger E3empfangenes Signal S vom Radarsender S3wieder ausgesandt wird, und mit der der Radarsender S3in einem Radar-Modus RM des Radarziels T3nicht mit dem Radarempfänger E3verbunden ist, sodass der Radarempfänger E3und der Radarsender S3unabhängig voneinander arbeiten. Diese Verfahrensvariante schliesst zusammen mit der vorstehenden Weiterbildung die Kombination ein, dass alle drei Radarziel Tiin beiden Modi (Transponder-Modus bzw. Radar-Modus) betreibbar sind. An advantageous development of the method is characterized in that the radar target T3 has a unit D3 with which the radar transmitter S3 is connected to the radar receiver E3 in a transponder mode TM of the radar target T3, so that a signal S received by the radar receiver E3 is re-transmitted by the radar transmitter S3 and with which the radar transmitter S3 is not connected to the radar receiver E3 in a radar mode RM of the radar target T3, so that the radar receiver E3 and the radar transmitter S3 work independently of one another. This variant of the method, together with the above development, includes the combination that all three radar target Ti can be operated in both modes (transponder mode or radar mode).
[0028] Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das gesamte Verfahren, d.h. der erste bis dritte Schritt, für unterschiedliche Sendefrequenzen f der Radarsender Sibzw. des Signals S durchgeführt werden, wobei im Ergebnis die Radarrückstreuquerschnitte RCSjder Radarziele Tjals frequenzabhängige Radarrückstreuquerschnitte RCSj(f) ermittelt werden. Somit ergeben sich als Verfahrensergebnis absolut kalibrierte frequenzabhängige Radarrückstreuquerschnitte RCSj(f). An advantageous further development of the method is characterized in that the entire method, i.e. the first to third step, for different transmission frequencies f the radar transmitter Sibzw. of the signal S, the result being that the radar backscatter cross sections RCSj of the radar targets Tj are determined as frequency-dependent radar backscatter cross sections RCSj (f). This results in absolutely calibrated frequency-dependent radar backscatter cross-sections RCSj (f) as the method result.
[0029] Weiterhin vorteilhaft wird das gesamte Verfahren, d.h. der erste bis dritte Schritt, für jede Paarung TkTjfür unterschiedliche Distanzen Dk,jder Radarziele Tkund Tjdurchgeführt, wobei die dabei gemessenen distanzabhängigen Verhältnisse (PRk,j/PTk,j)( Dk,j) zur Korrektur von Mehrwegeeffekten bei der Ermittlung der Radarrückstreuquerschnitte RCSjgenutzt werden. Störungen oder Ungenauigkeiten durch eine Mehrwegeausbreitung der Signale S oder durch stehende Wellen können dadurch zu grossen Teilen kompensiert werden, was letztlich die Genauigkeit der ermittelten Radarrückstreuquerschnitte RCSjverbessert. Furthermore advantageously the whole process, i. The first to third step is carried out for each pairing TkTj for different distances Dk, j of the radar targets Tkund Tj, whereby the measured distance-dependent ratios (PRk, j / PTk, j) (Dk, j) are used to correct multipath effects when determining the radar backscatter cross-sections RCSj . Disturbances or inaccuracies due to multipath propagation of the signals S or due to standing waves can thereby be largely compensated, which ultimately improves the accuracy of the determined radar backscatter cross-sections RCSj.
[0030] Weiterhin vorteilhaft wird das gesamte Verfahren, d.h. der erste bis dritte Schritt, für unterschiedliche Polarisationen P des Signals S durchgeführt, wobei im Ergebnis die Radarrückstreuquerschnitte RCSjder Radarziele Tjals von der Polarisation P abhängige Radarrückstreuquerschnitte RCSj(P) ermittelt werden. Furthermore advantageously the whole process, i. The first to third step are carried out for different polarizations P of the signal S, the result being that the radar backscatter cross sections RCSj of the radar targets Tjals are determined as radar backscatter cross sections RCSj (P) which are dependent on the polarization P.
[0031] Vorteilhaft wird das gesamte Verfahren (erster bis dritter Schritt) q-fach wiederholt ausgeführt, wobei die Radarrückstreuquerschnitte RCSials Mittelwerte <RCSj>qermittelt werden, mit q ε {2, 3, 4...}. Weiterhin vorteilhaft wird nur der «erste Schritt» für eine Paarung von Radarzielen Tkund Tjq-fach wiederholt ausgeführt, wobei die dabei gemessenen Sendeleistungen PTkjund Empfangsleistungen PRk,jgemittelt werden, und die dabei erzeugten Mittelwerte: <PTk,j>qund <PRk,j>qzur Ermittlung des Verhältnisses PRk,j/PTk,j= <PRj,k>q/<PTk,j>q und entsprechend zur Ermittlung des Radarrückstreuquerschnitte RCSjverwendet werden. The entire method (first to third step) is advantageously carried out q times repeatedly, the radar backscatter cross sections RCSials mean values <RCSj> q being determined, with q ε {2, 3, 4 ...}. It is also advantageous that only the “first step” for pairing radar targets Tkund Tjq-fold is carried out repeatedly, with the measured transmit powers PTkj and received powers PRk, j being averaged, and the mean values generated: <PTk, j> q and <PRk, j> q can be used to determine the ratio PRk, j / PTk, j = <PRj, k> q / <PTk, j> q and accordingly to determine the radar backscatter cross-section RCSj.
[0032] Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Einheiten DjTransponder-Modus des Radarziels Tjvom Radarempfänger Ejempfangene Signale S verstärken und/oder filtern und/oder zeitverzögern, bevor diese an den Radarsender Sjzur Aussendung weitergeleitet werden. Insbesondere durch eine zeitverzögerte Aussendung können störende Effekte von Mehrwegesignalen und weitere umgebungsabhängige Effekte wie ein Aufschwingen weitestgehend ausgeschlossen werden. An advantageous development of the method is characterized in that the units DjTransponder mode of the radar target Tj amplify and / or filter and / or time-delay signals S received by the radar receiver Ej before they are forwarded to the radar transmitter Sj for transmission. Disturbing effects of multipath signals and other environment-dependent effects such as oscillation can be largely excluded, in particular by delayed transmission.
[0033] Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Abstände Dk,jder Radarziele Tkund Tivoneinander folgender Bedingung genügen: (2) Dk,j> (2*D<2>)/λ mit D: Antennendurchmesser der Sendeantenne SAjund λ: Wellenlänge des Signals S. Dies entspricht der bereits angesprochenen Fernfeldbedingung.An advantageous further development of the method is characterized in that the distances Dk, jder radar targets Tkund Tivon each meet the following condition: (2) Dk, j> (2 * D <2>) / λ with D: antenna diameter of the transmitting antenna SAjund λ: wavelength of the signal S. This corresponds to the far-field condition already mentioned.
[0034] Vorteilhaft werden die Sendeantenne SAkdes Radarziels Tkund die Empfangsantenne EAjdes Radarziels Tjkopolar ausgerichtet. The transmitting antenna SAk of the radar target T and the receiving antenna EAj of the radar target Tjkopolar are advantageously aligned.
[0035] Die mindestens drei Messungen von Sendeleistungen PTk,jund Empfangsleistungen PRk,jerlauben das Aufstellen eines Gleichungssystems, aus dem der Radarrückstreuquerschnitt RCS jedes Radarziels Tjeindeutig berechnet werden kann, sofern der Abstand Dk,jzwischen den Radarzielen Tkund Tjhinreichend genau bekannt ist. The at least three measurements of transmit powers PTk, j and received powers PRk, allow the establishment of a system of equations from which the radar backscatter cross section RCS of each radar target Tje can be calculated unambiguously, provided that the distance Dk, j between the radar targets Tkund Tj is known with sufficient accuracy.
[0036] Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ist hierfür kein zusätzliches Radarziel mit bekanntem Rückstreuquerschnitt notwendig, sodass höhere Kalibriergenauigkeiten möglich werden. Ausserdem werden die Radarziele Tjin ihrer endgültigen Konfigurationen (als Black Box) vermessen, d.h., Kabelverbindungen und entsprechende interne Schnittstellen müssen nach der Vermessung nicht noch einmal verändert werden, was den Radarrückstreuquerschnitt RCS nachträglich verfälschen würde. Zusätzlich erlauben Radarziele Tj, die als Transponder mit einer digitalen Verzögerung arbeiten, das Senden und Empfangen von Signalen zeitlich zu entkoppeln. Hierdurch wird ein Aufschwingen, wie es bei bisherigen Messungen von Transpondern in einer Schirmkammer geschehen kann, verhindert. Ein weiterer Vorteil ist, dass zur Durchführung der Messungen kein zusätzliches Hochfrequenzmessequipment, wie bspw. ein Netzwerkkanalanalysator, notwendig ist. Hierdurch werden nicht nur Kosten eingespart, sondern es wird auch deren zusätzliche Messunsicherheit vermieden. Schliesslich beschränkt sich die Rückführbarkeit der vorgeschlagenen RCS-Kalibrierung auf Standards für eine vergleichsweise einfache Längenmessung, während bisher der Radarrückstreuquerschnitt RCS entweder durch einen Umweg über ein weiteres kalibriertes Referenzziel bzw. durch Vermessung der Einzelkomponenten eines jeweiligen Radarziels ermittelt wurde. Somit ist mit dem vorliegenden Verfahren eine einfache Rückführbarkeit der Kalibrierung auf unterschiedliche Standards möglich. In contrast to the known methods, no additional radar target with a known backscatter cross section is necessary for this, so that higher calibration accuracies are possible. In addition, the radar targets Tjin are measured in their final configuration (as a black box), i.e. cable connections and corresponding internal interfaces do not have to be changed again after the measurement, which would subsequently falsify the radar backscatter cross-section RCS. In addition, radar targets Tj, which work as transponders with a digital delay, allow the transmission and reception of signals to be decoupled in time. This prevents oscillation, as can happen with previous measurements of transponders in a shielded chamber. Another advantage is that no additional high-frequency measurement equipment, such as a network channel analyzer, is necessary to carry out the measurements. This not only saves costs, but also avoids their additional measurement uncertainty. Finally, the traceability of the proposed RCS calibration is limited to standards for a comparatively simple length measurement, while the radar backscatter cross section RCS was previously determined either by a detour via another calibrated reference target or by measuring the individual components of a respective radar target. Thus, with the present method, a simple traceability of the calibration to different standards is possible.
[0037] Es kann ein Computersystem mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung eingesetzt werden, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass Teilschritte des Verfahrens, wie vorstehend ausgeführt, auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden. A computer system with a data processing device can be used, the data processing device being designed in such a way that partial steps of the method, as stated above, are carried out on the data processing device.
[0038] Ferner kann ein Computer-Programm-Produkt, d.h. ein maschinenlesbarer Träger mit darauf gespeichertem Programmcode zur Durchführung von Teilschritten des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, eingesetzt werden. Furthermore, a computer program product, i. a machine-readable carrier with program code stored thereon can be used to carry out sub-steps of the method when the program code is executed on a data processing device.
[0039] Ein solches Computer-Programm mit dem Programmcode wie vorstehend ausgeführt kann auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ablaufen, die als ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Computersystem ausgestaltet ist. Such a computer program with the program code as stated above can run on a data processing device which is designed as any computer system known from the prior art.
[0040] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Further advantages, features and details emerge from the following description, in which - if necessary with reference to the drawing - at least one exemplary embodiment is described in detail. Identical, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.
[0041] Es zeigen: Fig. 1 eine schematisierte und exemplarische Darstellung eines Radarziels, das nur als Radar betrieben wird, und eines Radarziels, das vorliegend im Transponder-Modus betrieben wird und das zwischen dem Transponder-Modus und Radar-Modus umschaltbar ist, und Fig. 2 einen schematisierten Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des vorgeschlagenen Verfahrens.1 shows a schematic and exemplary representation of a radar target that is operated only as a radar and of a radar target that is operated in the present case in transponder mode and that can be switched between transponder mode and radar mode, and FIG. 2 shows a schematic flow chart of an exemplary embodiment of the proposed method.
[0042] Es wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens ausführlich beschrieben, bei dem die Radarrückstreuquerschnitte RCS1, RCS2, und RCS3für drei Radarziele T1, T2, und T3absolut kalibriert werden. Zwei der drei Radarziele, nämlich T1und T2, können sowohl im Radar-Modus als auch im Transponder-Modus betrieben werden, d.h., sie weisen eine Einheit auf, die zwischen diesen beiden Modi umschalten kann. Das Radarziel T3kann vorliegend nur als Radar betrieben werden, d.h., das Empfangen und Aussenden von Radarsignalen S erfolgt unabhängig voneinander. An exemplary embodiment of the proposed method is described in detail below, in which the radar backscatter cross sections RCS1, RCS2, and RCS3 are absolutely calibrated for three radar targets T1, T2, and T3. Two of the three radar targets, namely T1 and T2, can be operated both in radar mode and in transponder mode, i.e. they have a unit that can switch between these two modes. In the present case, the radar target T3 can only be operated as a radar, i.e. the reception and transmission of radar signals S take place independently of one another.
[0043] In Fig. 1 sind schematisiert und exemplarisch ein Radarziel 201, das nur als Radar betrieben wird, und ein Radarziel 220 dargestellt, das vorliegend im Transponder-Modus betrieben wird, und das zwischen Transponder-Modus und Radar-Modus umschaltbar ist. A radar target 201, which is operated only as a radar, and a radar target 220, which is operated in the present case in transponder mode and which can be switched between transponder mode and radar mode, are shown schematically and by way of example.
[0044] Das Radarziel 201 umfasst einen Radarsender 202 mit einem Verstärker 204 (der im digitalen Bereich arbeitet), einem Digital-Analog-Wandler 205 und einer Sendeeinheit 206 mit einer Sendeantenne 207. Dem Radarsender 202 wird am Verstärker 204 ein Signal bereitgestellt, dass letztlich über die Sendeantenne 207 als Signal S abgestrahlt wird. Das Radarziel 201 umfasst weiterhin einen Radarempfänger 203 mit einer Empfangsantenne 210, einem Verstärker 209 und einem Analog-Digital-Wandler 208. Ein von dem Radarempfänger empfangenes Signal S gelangt von der Empfangsantenne 210 über den dargestellten Signalweg zum Analog-Digital-Wandler und wird dort zur Weiterbearbeitung bereitgestellt. Leicht erkennbar ist, dass der Radarsender 202 nicht mit dem Radarempfänger 203 verbunden ist, d.h. ein vom Radarempfänger 203 empfangenes Signal S wird nicht an den Radarsender 202 zur Aussendung bereitgestellt. The radar target 201 comprises a radar transmitter 202 with an amplifier 204 (which operates in the digital domain), a digital-to-analog converter 205 and a transmission unit 206 with a transmission antenna 207. The radar transmitter 202 is provided with a signal at the amplifier 204 that is ultimately emitted as signal S via the transmitting antenna 207. The radar target 201 further comprises a radar receiver 203 with a receiving antenna 210, an amplifier 209 and an analog-digital converter 208. A signal S received by the radar receiver reaches the analog-digital converter via the signal path shown from the receiving antenna 210 and is there made available for further processing. It can easily be seen that the radar transmitter 202 is not connected to the radar receiver 203, i. a signal S received by the radar receiver 203 is not made available to the radar transmitter 202 for transmission.
[0045] Das Radarziel 220 umfasst einen Radarsender 222 mit einem Verstärker 225 (der im digitalen Bereich arbeitet), einem Digital-Analog-Wandler 224 und einer Sendeeinheit 223 mit einer Sendeantenne 226. Das Radarziel 220 umfasst weiterhin einen Radarempfänger 221 mit einer Empfangsantenne 227, einem Verstärker 228 und einem Analog-Digital-Wandler 229. Weiterhin umfasst das Radarziel 220 eine Einheit 230, mit der der Radarsender 222 in dem dargestellten Transponder-Modus TM des Radarziels 220 mit dem Radarempfänger 221 verbunden ist, sodass ein von dem Radarempfänger 221 empfangenes Signal S vom Radarsender 222 wieder ausgesandt wird, und mit der der Radarsender 222 in einem Radar-Modus RM (nicht dargestellt) des Radarziels 220 nicht mit dem Radarempfänger 221 verbunden ist, sodass der Radarsender 222 und der Radarempfänger 221 unabhängig voneinander, d.h. als Radar arbeiten. The radar target 220 comprises a radar transmitter 222 with an amplifier 225 (which operates in the digital domain), a digital-to-analog converter 224 and a transmission unit 223 with a transmission antenna 226. The radar target 220 furthermore comprises a radar receiver 221 with a reception antenna 227 , an amplifier 228 and an analog-to-digital converter 229. Furthermore, the radar target 220 comprises a unit 230 with which the radar transmitter 222 is connected to the radar receiver 221 in the illustrated transponder mode TM of the radar target 220, so that one of the radar receiver 221 received signal S from the radar transmitter 222 is re-transmitted, and with which the radar transmitter 222 is not connected to the radar receiver 221 in a radar mode RM (not shown) of the radar target 220, so that the radar transmitter 222 and the radar receiver 221 are independent of one another, ie work as a radar.
[0046] Die vorliegenden drei Radarziele des Ausführungsbeispiels entsprechen jeweils im grundsätzlichen Aufbau den vorstehend allgemein vorgestellten Radarzielen 201 und 220. The present three radar targets of the exemplary embodiment each correspond in their basic structure to the radar targets 201 and 220 generally presented above.
[0047] Zur absoluten radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnittes RCSj=1,2,3der vorstehend definierten Radarziele Ti, mit i = 1, 2, 3, werden für folgende Paarungen: T3T1, T3T2und T1T2nachfolgend beschriebene Messungen ausgeführt, wobei in den ersten beiden Paarungen: T3T1, T3T2die Radarziele T1und T2im Transponder-Modus betrieben werden, sodass das Radarziel T3jeweils Signale S an die Radarziele bzw. T2aussendet und die von dort zurückkommenden Signale erfasst. Bei der Paarung T1, T2muss eines der beiden Radarziele T1oder T2im Radar-Modus und das jeweils andere im Transponder-Modus arbeiten. Vorliegend sei angenommen, dass T1im Radar-Modus und T2im Transponder-Modus arbeitet. For the absolute radiometric calibration of the radar backscatter cross-section RCSj = 1,2,3 of the radar targets Ti defined above, with i = 1, 2, 3, the following measurements are carried out for the following pairings: T3T1, T3T2 and T1T2, with the first two pairings: T3T1, T3T2, the radar targets T1 and T2 are operated in the transponder mode, so that the radar target T3 each sends signals S to the radar targets or T2 and detects the signals coming back from there. When pairing T1, T2, one of the two radar targets T1 or T2 must work in radar mode and the other in transponder mode. It is assumed here that T1 works in radar mode and T2 works in transponder mode.
[0048] Für jede dieser Paarungen erfolgt ein Aussenden eines Signals S durch den Radarsender Skeines der Radarziele Tkmit einer Sendeleistung PTk,j, ein Empfangen des Signals S durch das jeweils andere Radarziel Tjder Paarungen, ein Aussenden des empfangenen Signals S durch das andere Radarziel Ti, und ein Empfangen des von dem Radarziel Tjausgehenden Signals S durch den Radarempfänger Ekdes Radarziels Tkmit der Empfangsleistung PRk,jmit k, j ε {1, 2, N} und k ≠ j. For each of these pairings, a signal S is transmitted by the radar transmitter Skeines of the radar targets Tk with a transmission power PTk, j, the signal S is received by the respective other radar target Tj of the pairings, and the received signal S is transmitted by the other radar target Ti , and receiving the signal S emanating from the radar target Tj by the radar receiver Ek of the radar target Tk with the received power PRk, jmit k, j ε {1, 2, N} and k ≠ j.
[0049] Die Messungen werden jeweils bei einer gleichen Frequenz des Signals S ausgeführt, bspw. unter Nutzung eines Sinussignals. Die Messungen werden anschliessend bevorzugt für schrittweise geänderte Frequenzen f des Signals S wiederholt, um den frequenzabhängigen Radarrückstreuquerschnitt RCSj(f) zu ermitteln. The measurements are each carried out at the same frequency of the signal S, for example using a sinusoidal signal. The measurements are then preferably repeated for frequencies f of the signal S that are changed step-by-step in order to determine the frequency-dependent radar backscatter cross section RCSj (f).
[0050] Für jede Messung wird also die Sendeleistung PTk,jund die Empfangsleistung PRk,jam jeweils als Radar betriebenen Radarziel Tkgemessen. Insgesamt liegen nach den Messungen also folgende Sendeleistungen: PTk=3,j=1, PTk=3,j=2und PTk=1,j=2sowie folgende Empfangsleistungen PRk=3,j=1, PRk=3,j=2, und PRk=1,j=2vor. Weiterhin wird für jede Paarung die bei der Messung zwischen den jeweiligen Radarzielen Tkund Tjvorliegende Distanz Dk,jmittels Laserentfernungsmessung ermittelt. For each measurement, the transmission power PTk, j and the received power PRk, jam are measured in each case as a radar operated radar target Tk. Overall, according to the measurements, there are the following transmission powers: PTk = 3, j = 1, PTk = 3, j = 2 and PTk = 1, j = 2 and the following reception powers PRk = 3, j = 1, PRk = 3, j = 2, and PRk = 1, j = 2vor. Furthermore, the distance Dk, j present between the respective radar targets T and Tj during the measurement is determined for each pairing by means of laser distance measurement.
[0051] Im Weiteren erfolgt basierend auf bekannten Distanzen Dk,jder Radarziele Tkund Tjwährend der Messungen und ermittelter Verhältnisse PRk,j/PTk,j: PRk=3,j=1/PTk=3,j=1, PRk=3,j=2/PTk=3,j=2und PRk=1,j=2/PTk=1,j=2, ein Ermitteln der Radarrückstreuquerschnitte RCSider Radarziele Tjbasierend auf der Radargleichung: Furthermore, based on known distances Dk, j the radar targets Tkund Tj during the measurements and determined ratios PRk, j / PTk, j: PRk = 3, j = 1 / PTk = 3, j = 1, PRk = 3, j = 2 / PTk = 3, j = 2 and PRk = 1, j = 2 / PTk = 1, j = 2, a determination of the radar backscatter cross-sections RCSider radar targets Tj based on the radar equation:
mit GR: Antennengewinn der Empfängerantenne EAk,GT: Antennengewinn der Senderantenne SAkund λ Wellenlänge des Radarsignals. with GR: antenna gain of the receiver antenna EAk, GT: antenna gain of the transmitter antenna SA and λ wavelength of the radar signal.
[0052] Diese Gleichung (1) beschreibt die von einem Radarziel Tkempfangene Empfangsleistung PRk,jmit einem Antennengewinn GRder Empfangsantenne EAkals eine Funktion des Radarrückstreuquerschnitts RCSj, des Radarziels Tjin einer Distanz/Entfernung Dk,j, und der Sendeleistung PTk,jdes Radarsenders Skmit einer Sendeantenne SAk, die einen Antennengewinn GTaufweist, für eine Wellenlänge λ des ausgesandten Signals S. This equation (1) describes the received power PRk received by a radar target Tk, j with an antenna gain GR of the receiving antenna EAk as a function of the radar backscatter cross section RCSj, of the radar target Tj in a distance / distance Dk, j, and the transmission power PTk, j of the radar transmitter Sk with a transmitting antenna SAk, which has an antenna gain GT, for a wavelength λ of the transmitted signal S.
[0053] Der Radarrückstreuquerschnitt RCSjkann auch durch den Gesamtgewinn Gl(engl, «loop gain») des Radarziels Tjausgedrückt werden. Dabei ergibt sich: The radar backscatter cross section RCSj can also be expressed by the total gain Gl (“loop gain”) of the radar target Tj. This results in:
wobei sich der «loop-gain» typischerweise wie folgt darstellen lässt: Gl= Gs*Ge*Gr, d.h. als Produkt des Antennengewinns Gsder Sendeantenne SAjdes Radarziels Tj, des Antennengewinns Grder Empfangsantenne EAjdes Radarziels Tj, und des Gewinns Geder elektronischen Verstärkung des empfangenen Signals im Radarziel Tj. where the "loop gain" can typically be represented as follows: Gl = Gs * Ge * Gr, i.e. as the product of the antenna gain Gs of the transmitting antenna SAj of the radar target Tj, the antenna gain Gr of the receiving antenna EAj of the radar target Tj, and the gain G of the electronic amplification of the received signal in the radar target Tj.
[0054] Gleichung lässt sich somit auch schreiben: The equation can thus also be written:
wobei Gtxund Grxdie Gewinne des Sendepfads bzw. des Empfangspfads im Radarziel Tj, d.h. eine Kombination von Antennengewinn und Gewinn durch elektronische Verstärkung in den jeweiligen Pfaden sind. Der Sendepfad bzw. der Empfangspfad ist bezogen auf Fig. 1 gegeben durch den Signalpfad im Radarempfänger 221 bspw. im Radarsender 222. where Gtx and Grx are the gains of the transmission path and the reception path in the radar target Tj, i.e. are a combination of antenna gain and gain from electronic amplification in the respective paths. The transmission path or the reception path is given in relation to FIG. 1 by the signal path in the radar receiver 221, for example in the radar transmitter 222.
[0055] Die Gleichungen (1) und (3) können zu einer Gleichung kombiniert werden. Dabei wird wie vorstehend erläutert unterstellt, dass das Radarziel Tkals Radar, und das Radarziel Tials Radartransponder betrieben werden. Dabei ergibt sich: The equations (1) and (3) can be combined into one equation. As explained above, it is assumed that the radar target Tkal's radar and the radar target Tial's radar transponder are operated. This results in:
[0056] Für die insgesamt drei vorgeschlagenen Paarungen ergeben sich somit drei Gleichungen. Diese Gleichungen können durch eine logarithmische Transformation immer in ein lineares Gleichungssystem transformiert werden. Dies ist deshalb möglich, da alle Ausdrücke grösser als null sind. For the total of three proposed pairings, three equations thus result. These equations can always be transformed into a linear system of equations by means of a logarithmic transformation. This is possible because all expressions are greater than zero.
[0057] Zur Vereinfachung werden nachfolgend dieselben Symbole für den Radarrückstreuquerschnitt RCSjverwendet, allerdings wird darauf hingewiesen, dass sie sich nach der logarithmischen Transformation:10log(...) nunmehr auf Werte beziehen, die in Dezibel angegeben sind. For the sake of simplicity, the same symbols are used below for the radar backscatter cross section RCSj, but it is pointed out that after the logarithmic transformation: 10log (...) they now relate to values that are given in decibels.
[0058] Die Gleichung (5) kann demnach wie folgt ausgedrückt werden: The equation (5) can therefore be expressed as follows:
mit Pk,j: Verhältnis10log(PRk,j/PTk,j) bei dem das Radarziel Tkals Radar fungiert und das Radarziel Tials Transponder, wobei Letzteres vermessen wird. with Pk, j: Ratio10log (PRk, j / PTk, j) in which the radar target Tk acts as a radar and the radar target Tials a transponder, the latter being measured.
[0059] Für C ergibt sich: (7) C = 2 ·10log(4πDk,j<2>)For C we get: (7) C = 2 · 10log (4πDk, j <2>)
[0060] Es wird darauf hingewiesen, dass in Gleichung (7) lediglich eine Längenmessung (Dk,j) zu einem nationalen Standard rückverfolgt werden muss, um die Kalibrierung rückführbar zu machen. It should be noted that in equation (7) only one length measurement (Dk, j) needs to be traced back to a national standard in order to make the calibration traceable.
[0061] Das lineare Gleichungssystem kann in Matrixform wie folgt geschrieben werden: The system of linear equations can be written in matrix form as follows:
[0062] Fig. 2 zeigt einen stark schematisierten Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des vorgeschlagenen Verfahrens zur radiometrischen Kalibrierung des Radarrückstreuquerschnitts RCSieiner Anzahl N von Radarzielen Ti, mit i = 1, 2, N, …, N und N ≥ 3, wobei zumindest ein Radarziel T1einen Radarsender S1mit einer Sendeantenne SA1und einen Radarempfänger E1mit einer Empfängerantenne EA aufweist, wobei der Radarempfänger E1und der Radarsender S1unabhängig voneinander arbeiten, ein Radarziel T2, einen Radarsender S2mit einer Sendeantenne SA2, einen Radarempfänger E2mit einer Empfängerantenne EA2, und eine Einheit D2aufweist, mit der der Radarsender S2in einem Transponder-Modus TM des Radarziels T2mit dem Radarempfänger E2verbunden ist, sodass ein von dem Radarempfänger E2empfangenes Signal S vom Radarsender S2wieder ausgesandt wird, und mit der der Radarsender S2in einem Radar-Modus RM des Radarziels T2nicht mit dem Radarempfänger E2verbunden ist, sodass der Radarsender S2und der Radarempfänger E2unabhängig voneinander arbeiten, und ein Radarziel T3einen Radarsender S3mit einer Sendeantenne SA3, einen Radarempfänger E3mit einer Empfängerantenne EA3, und eine Einheit D3aufweist, mit der der Radarsender S3mit dem Radarempfänger E3verbunden ist, sodass ein von dem Radarempfänger E3empfangenes Signal S vom Radarsender S3wieder ausgesandt wird, oder das Radarziel T3ein passives Radarziel ist, das ein auftreffendes Signal S reflektiert. Das Verfahren umfasst folgende Schritte. Fig. 2 shows a highly schematic flow chart of an embodiment of the proposed method for radiometric calibration of the radar backscatter cross-section RCSie a number N of radar targets Ti, with i = 1, 2, N, ..., N and N ≥ 3, with at least one radar target T1 Radar transmitter S1 with a transmitting antenna SA1 and a radar receiver E1 with a receiving antenna EA, the radar receiver E1 and the radar transmitter S1 working independently of one another, a radar target T2, a radar transmitter S2 with a transmitting antenna SA2, a radar receiver E2 with a receiving antenna EA2, and a unit D2 with which the radar transmitter has S2 is connected to the radar receiver E2 in a transponder mode TM of the radar target T2, so that a signal S received by the radar receiver E2 is re-transmitted by the radar transmitter S2, and with which the radar transmitter S2 in a radar mode RM of the radar target T2 is not connected to the radar receiver E2, so that the Radar transmitter S2 and the radar receivers E2 work independently of one another, and a radar target T3 has a radar transmitter S3 with a transmitting antenna SA3, a radar receiver E3 with a receiving antenna EA3, and a unit D3 with which the radar transmitter S3 is connected to the radar receiver E3, so that a signal S received by the radar receiver E3 is re-transmitted by the radar transmitter S3 , or the radar target T3 is a passive radar target that reflects an incident signal S. The process consists of the following steps.
[0063] In einem ersten Schritt 101 erfolgt ein Aussenden eines Signals S durch den Radarsender Skeines der Radarziele Tkmit einer Sendeleistung PTk,j, ein Empfangen des Signals S durch ein anderes der Radarziele Tj, ein Aussenden oder Reflektieren des empfangenen Signals S durch das andere Radarziel Tj, und ein Empfangen des von dem Radarziel Tjausgehenden Signals S durch den Radarempfänger Ekdes Radarziels Tkmit der Empfangsleistung PRj,k, mit k, j ε {1, 2, …, N} und k ≠ j. In a first step 101, a signal S is transmitted by the radar transmitter Skeines of the radar targets Tk with a transmission power PTk, j, the signal S is received by another of the radar targets Tj, the received signal S is transmitted or reflected by the other Radar target Tj, and the radar receiver Ek of the radar target Tk receives the signal S emanating from the radar target Tj with the received power PRj, k, with k, j ε {1, 2, ..., N} and k ≠ j.
[0064] In einem zweiten Schritt 102 erfolgt ein Ausführen des Schrittes 101 für N unterschiedliche Paarungen TkTjvon Radarzielen Tkund Tj, wobei die Paarungen TkTjund TjTkals identisch gelten. In a second step 102, step 101 is carried out for N different pairings TkTj of radar targets Tkund Tj, the pairings TkTj and TjTkals being identical.
[0065] In einem dritten Schritt 103 erfolgt basierend auf bekannten Distanzen Dk,jder Radartransponder Tkund Tjbei der Durchführung der Schritte 101 und 102 und ermittelten Verhältnissen PRj,k/PTk,j, ein Ermitteln der Radarrückstreuquerschnitte RCSider Radartransponder Tibasierend auf folgendem Zusammenhang: In a third step 103, based on known distances Dk, j the radar transponder Tkund Tj when performing steps 101 and 102 and determined ratios PRj, k / PTk, j, the radar backscatter cross-sections RCSider radar transponder Tibased based on the following relationship:
mit GR: Antennengewinn der Empfängerantenne EAk, GT: Antennengewinn der Senderantenne SAk, und λ Wellenlänge des Radarsignals. with GR: antenna gain of the receiver antenna EAk, GT: antenna gain of the transmitter antenna SAk, and λ wavelength of the radar signal.
[0066] Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird. Although the invention has been illustrated and explained in detail by preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention. It is therefore clear that there is a multitude of possible variations. It is also clear that embodiments cited by way of example really only represent examples that are not to be interpreted in any way as a limitation, for example, of the scope of protection, the possible applications or the configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to specifically implement the exemplary embodiments, with the person skilled in the art being able to make various changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, with knowledge of the disclosed inventive concept, without the To leave the scope of protection defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.
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