DE102010035601B4 - Method and apparatus for radar imaging a scene in anticipation of a moving platform - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Radarabbildung einer Szene (2) ausgehend von einer relativ zur Szene (2) bewegten Plattform (4), bei dem – eine getrennt von der Plattform (4) relativ zur Szene (2) stationär angeordnete Sendeeinrichtung (1) die Szene (2) mit einer oder mehreren Radarwellen unter unterschiedlichen Aspektwinkeln beleuchtet, – eine auf der bewegten Plattform (4) angeordnete und in Voraussicht ausgerichtete Empfangseinrichtung von der Szene (2) in Richtung der Plattform (4) reflektierte Radarsignale empfängt, – und aus den empfangenen Radarsignalen SAR-Radarabbildungen der Szene (2) berechnet und angezeigt werden.Method for radar imaging of a scene (2) based on a platform (4) that is moved relative to the scene (2), in which - a transmitting device (1) arranged stationary relative to the scene (2) separately from the platform (4) transmits the scene (2 ) illuminated with one or more radar waves under different aspect angles, - a receiving device arranged on the moving platform (4) and oriented in foresight receives radar signals reflected from the scene (2) in the direction of the platform (4), - and from the received radar signals SAR -Radar images of the scene (2) are calculated and displayed.

Description

  • Technisches AnwendungsgebietTechnical application
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Radarabbildung einer Szene in Voraussicht ausgehend von einer relativ zur Szene bewegten Plattform.The present invention relates to a method and apparatus for radar imaging a scene in anticipation from a platform moving relative to the scene.
  • Für die Navigation bewegter Plattformen, wie z. B. Raumfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Radfahrzeuge, Kettenfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge, die bemannt und unbemannt sein können, ist eine bildhafte Sicht in Bewegungsrichtung bzw. Voraussicht eine wichtige Voraussetzung für die Kollisionsvermeidung. Besonders deutlich wird dies bei einem landenden bemannten Flugzeug, bei dem der Pilot die Landebahn in Flugrichtung sicher erkennen muss. Gerade in der Luftfahrt kommt es bei der Landung unter schwierigen Sichtverhältnissen immer wieder zu schweren Unfällen, die nicht selten tödliche Folgen haben. Besonders betroffen sind hierbei sowohl kleinere Flughäfen, die oft nicht über ausreichende Landehilfen verfügen, als auch kleine Flugzeuge, die aus Kosten-, Platz- und Gewichtsgründen häufig nicht über entsprechende Hilfsmittel für Landungen unter schlechten Sichtverhältnissen verfügen.For navigation of moving platforms, such. As spacecraft, aircraft, rail vehicles, wheeled vehicles, tracked vehicles or watercraft that can be manned and unmanned, a pictorial view in the direction of movement or foresight is an important prerequisite for the collision avoidance. This becomes particularly clear in a landing manned aircraft in which the pilot must reliably detect the runway in the direction of flight. In aviation in particular, landing in difficult visibility conditions often leads to serious accidents that often have fatal consequences. Particularly affected are both smaller airports, which often do not have sufficient landing aids, as well as small aircraft, the cost, space and weight reasons often do not have the appropriate tools for landings in poor visibility.
  • Übliche optische Verfahren versagen bei Dunkelheit und unter extremen Wetterbedingungen wie z. B. bei Bodennebel. Um auch bei Nebel, Regen und Schneefall eine hinreichende Durchdringung der Atmosphäre zu gewährleisten, müssen zur Abbildung der Landebahn Radarverfahren eingesetzt werden, deren Wellenlänge um Zehnerpotenzen größer ist als für Verfahren im optischen Bereich.Conventional optical methods fail in the dark and under extreme weather conditions such. B. in ground fog. In order to ensure a sufficient penetration of the atmosphere even in fog, rain and snowfall, radar methods must be used to image the runway whose wavelength is greater by powers of ten than for methods in the optical range.
  • Stand der TechnikState of the art
  • Bei bekannten bildgebenden Radarverfahren, wie sie bspw. in Flugzeugen zur Fernerkundung und Aufklärung eingesetzt werden, befinden sich Sender und Empfänger auf derselben Trägerplattform – man spricht dann von monostatischen Systemen. Die Antennen sind in der Regel orthogonal zur Flugrichtung ausgerichtet. Die Querauflösung, d. h. die Auflösung in Flugrichtung, dieser Seitensichtradare ist abhängig von der Breite der Antennenkeule in Azimutrichtung, die sich wiederum aus der Länge der Antennenapertur ergibt. Zur Erzielung einer hohen Azimutauflösung hat sich für viele Anwendungen das Verfahren des Radars mit synthetischer Apertur (engl.: Synthetic Aperture Radar, SAR) etabliert, bei welchem eine möglichst große Antennenapertur virtuell durch Auswertung einer Vielzahl von Radarechos erzeugt wird.In known imaging radar methods, such as those used in aircraft for remote sensing and reconnaissance, are transmitter and receiver on the same carrier platform - one then speaks of monostatic systems. The antennas are usually aligned orthogonal to the direction of flight. The transverse resolution, d. H. the resolution in the direction of flight, this side-view radar is dependent on the width of the antenna lobe in the azimuth direction, which in turn results from the length of the antenna aperture. To achieve a high azimuth resolution, the method of synthetic aperture radar (SAR) has been established for many applications, in which the largest possible antenna aperture is generated virtually by evaluating a large number of radar echoes.
  • Das monostatische SAR-Verfahren ist jedoch aus mehreren Gründen nicht in Voraussicht anwendbar. So verringert sich der beim SAR-Prinzip zur Auflösung von Zielen in derselben Entfernungszelle mit unterschiedlicher Azimutposition ausgewertete Unterschied der Dopplerfrequenzverschiebung mit zunehmender Abweichung von der Querabrichtung. Die Dimensionen der Entfernungsauflösung (Auswertung der Signallaufzeit) und Dopplerauflösung (Auswertung der Dopplerfrequenzverschiebung) verlaufen in Flugrichtung parallel, so dass die Querauflösung nicht verbessert wird, sondern der der realen Antennenapertur entspricht. Ziele, die symmetrisch um die Flugrichtung herum angeordnet sind, weisen stets die gleiche Dopplerfrequenzverschiebung auf, so dass diese nicht unterschieden werden können. Aufgrund dieser Azimutmehrdeutigkeiten überlagern sich diese Ziele im Radarbild.However, the monostatic SAR method is not foresighted for several reasons. Thus, the difference in the Doppler frequency shift, which is evaluated in the SAR principle for the resolution of targets in the same distance cell with different azimuth position, decreases with increasing deviation from the transverse direction. The dimensions of the range resolution (evaluation of the signal propagation time) and Doppler resolution (evaluation of the Doppler frequency shift) run parallel in the direction of flight, so that the transverse resolution is not improved, but corresponds to the real antenna aperture. Targets that are arranged symmetrically around the flight direction always have the same Doppler frequency shift, so that they can not be distinguished. Because of these azimuth ambiguities, these targets overlap in the radar image.
  • Zur Erzielung einer hohen Azimutauflösung kann das monostatische SAR-Prinzip aus diesen Gründen in Voraussicht nicht angewendet werden. Bisher eingesetzte vorausschauende Abbildungsverfahren arbeiten daher anstatt mit einer virtuell erzeugten mit der realen Antennenapertur. So wird beispielsweise eine längliche Antenne eingesetzt, die eine Rotations- oder Schwenkbewegung ausführt und Radarpulse in unterschiedliche Richtungen sendet, um so den Azimutbereich abzutasten. Die empfangenen Radarechos werden digitalisiert und ausgewertet oder direkt auf einem Sichtgerät dargestellt. Die Azimutauflösung ist abhängig von der Länge der Antenne und der Entfernung zum Zielgebiet. Sie erreicht damit nie die mit einem SAR-System erzielbaren Werte, so dass demgegenüber eine deutliche Verringerung des Auflösungsvermögens in Kauf genommen werden muss.To achieve a high azimuth resolution, the monostatic SAR principle for these reasons can not be used in advance. Previously used predictive imaging methods therefore work instead of using a virtually generated with the real antenna aperture. For example, an elongate antenna is used which makes a rotational or pivoting motion and sends radar pulses in different directions so as to scan the azimuth range. The received radar returns are digitized and evaluated or displayed directly on a screen. The azimuth resolution depends on the length of the antenna and the distance to the target area. It never achieves the values that can be achieved with a SAR system, so that, on the other hand, a significant reduction in the resolution must be accepted.
  • Zur Verbesserung der Azimutauflösung eines derartigen vorwärts schauenden Systems mit einer bewegten Antenne kann das Doppler-Beam-Sharpening-Verfahren eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren werden wie beim oben erwähnten SAR-Verfahren die unterschiedlichen Dopplerfrequenzen von Zielen mit unterschiedlicher Azimutposition ausgewertet. Dieses Verfahren weist jedoch in Voraussicht einen blinden Sektor auf, in welchem die Auflösung aufgrund der Dopplerfrequenz schlechter ist als die auf Basis der Strahlungscharakteristik der Antenne. In diesem Sektor erfolgt die Bildgebung üblicherweise mit der realen Antennenkeule. Durch eine spezielle Aperturbelegung oder durch den Einsatz mehrerer Antennen, wie dies bspw. in der DE 19705795A1 und der DE 19927395A1 beschrieben ist, kann die Azimutauflösung verbessert werden. Durch derartige Maßnahmen wird jedoch die mit einem SAR-System erzielbare sehr hohe Auflösung ebenfalls bei weitem nicht erreicht.To improve the azimuth resolution of such a forward looking system with a moving antenna, the Doppler Beam Sharpening method can be used. In this method, as in the SAR method mentioned above, the different Doppler frequencies of targets with different azimuth position are evaluated. However, this method presumably has a blind sector in which the resolution due to the Doppler frequency is worse than that based on the radiation characteristic of the antenna. In this sector, imaging is usually done with the real antenna lobe. Through a special Aperturbelegung or through the use of multiple antennas, such as in the DE 19705795A1 and the DE 19927395A1 described, the azimuth resolution can be improved. By such measures, however, the achievable with a SAR system very high resolution is also far from being achieved.
  • Die DE 4007611C1 beschreibt ein weiteres Verfahren zur Radarabbildung einer Szene in Voraussicht, bei dem die mechanische Bewegung der Antenne durch eine digitale Strahlformung ersetzt wird. Das System besteht aus einer Sendeantenne und 56 quer zur Flugrichtung angeordneten Empfangsantennen. Auch dieses System weist in Voraussicht jedoch eine Auflösung auf, die deutlich schlechter ist, als die mit dem SAR-Prinzip erzielbare.The DE 4007611C1 describes another method for radar imaging of a scene in foresight, in which the mechanical movement of the Antenna is replaced by a digital beam shaping. The system consists of a transmitting antenna and 56 transverse to the direction of receiving antennas. However, this system also anticipates a resolution that is significantly worse than that achievable with the SAR principle.
  • Die Veröffentlichungen von Zengliang Li et al., „SPECAN Algorithm for Forward-Looking Bistatic SAR”, in: Signal Processing 2008: ICSP2008, 9th Int. Conference 26 on, 26–29 Oct. 2008, S. 2517–2520, und Walterscheid, I. et al., „Potential and Limitations of Forward-Looking Bistatic Radar”, in: Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2010 IEEE International Issue Date: 25–30 July 2010, S. 216–219, befassen sich mit FL-BSAR-Systemen, bei denen sowohl die Sendeeinrichtung als auch die Empfangseinrichtung auf bewegten Plattformen wie Flugzeugen oder Satelliten angeordnet sind.The publications of Zengliang Li et al., "SPECAN Algorithm for Forward-Looking Bistatic SAR", in: Signal Processing 2008: ICSP2008, 9th Int. Conference 26 on, 26-29 Oct. 2008, pp. 2517-2520, and Walterscheid, I. et al., "Potential and Limitations of Forward Looking Bistatic Radar", in: Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2010 IEEE International Issue Date: 25-30 July 2010, pp. 216-219, deals with FL-BSAR systems in which both the transmitting device and the receiving device are arranged on moving platforms such as aircraft or satellites.
  • Junjie Wu et al., „Bistatic Forward-Looking SAR: Theory and challenges”, in: Radar Conference, 2009 IEEE, 4.–8. Mai 2009, S. 1–4, zeigen u. a. ein FL-BSAR mit stationärer Sendeeinrichtung, mit der eine Beleuchtung unter konstantem Winkel erfolgt. Diese stationäre Anordnung wird in der Veröffentlichung als nachteilig dargestellt.Junjie Wu et al., "Bistatic Forward-Looking SAR: Theory and Challenges", in: Radar Conference, 2009 IEEE, 4-8. May 2009, pp. 1-4, show u. a. a FL-BSAR with stationary transmitter, with which a lighting at a constant angle. This stationary arrangement is shown as disadvantageous in the publication.
  • J. Balke et al., „Zweidimensionale Zielauflösung für vorwärtsblickende Radarempfängersysteme mittels bistatischem SAR”, Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik 2008, S. 13, 17–44, zeigen ein FL-BSAR-System, bei dem eine bewegte Sendeeinrichtung und ein stationärer Empfänger eingesetzt werden. Die Druckschrift vergleicht dieses bistatische System mit einem monostatischen System und kommt zu dem Ergebnis, dass aufgrund des stationären Empfängers gegenüber einem monostatischen System in Querrichtung nur maximal die halbe Auflösung in der Isorange-Richtung erreicht werden kann.J. Balke et al., "Two-dimensional target resolution for forward-looking radar receiver systems using bistatic SAR", University of the Federal Armed Forces Munich, Faculty of Electrical Engineering and Information Technology 2008, p. 13, 17-44, show a FL-BSAR system in which a moving Transmitter and a stationary receiver can be used. The document compares this bistatic system with a monostatic system and comes to the conclusion that due to the stationary receiver over a monostatic system in the transverse direction only a maximum of half the resolution in the Isorange direction can be achieved.
  • Die DE 10 2007 044 015 A1 betrifft ein Radarbasiertes Prüfverfahren zur Inneneinsicht in nicht metallische geschlossene Behältnisse. Hierbei handelt es sich um ein monostatisches System. Es wird auch nicht in Vorwärtsrichtung beobachtet.The DE 10 2007 044 015 A1 relates to a radar-based inspection method for internal inspection in non-metallic closed containers. This is a monostatic system. It is also not observed in the forward direction.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Radarabbildung einer Szene sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, mit denen ausgehend von einer relativ zur Szene bewegten Plattform in Voraussicht Radarabbildungen hoher Auflösung erhalten werden können.The object of the present invention is to specify a method for radar imaging of a scene as well as a corresponding device with which radar images of high resolution can be obtained in advance from a platform moved relative to the scene.
  • Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1, 2, 11 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the method and the device according to claims 1, 2, 11 and 12. Advantageous embodiments of the method and the device are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiments.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung, im Folgenden auch als System bezeichnet, wird ein bistatisches SAR-Prinzip eingesetzt. Eine getrennt von der Plattform angeordnete Sendeeinrichtung beleuchtet die Szene mit einer oder mehreren Radarwellen unter unterschiedlichen Aspektwinkeln. Die Sendeeinrichtung sendet vorzugsweise gleichzeitig ein Synchronisationssignal aus, das eine Synchronisation einer Empfangseinrichtung mit der Sendeeinrichtung ermöglicht. Die Sendeeinrichtung ist relativ zur Szene stationär angeordnet. Die auf der bewegten Plattform befindliche Empfangseinrichtung empfängt von der Szene in Richtung der Plattform reflektierte Radarsignale (Radarechos) sowie ggf. das Synchronisationssignal zur Synchronisation mit der Sendeeinrichtung. Aus den empfangenen Radarechos werden dann SAR-Radarabbildungen der Szene berechnet und auf einem Bildschirm angezeigt.In the proposed method and the associated device, hereinafter also referred to as system, a bistatic SAR principle is used. A transmitter arranged separately from the platform illuminates the scene with one or more radar waves at different aspect angles. The transmitting device preferably simultaneously transmits a synchronization signal which enables a synchronization of a receiving device with the transmitting device. The transmitting device is arranged stationary relative to the scene. The receiving device located on the moving platform receives radar returns (radar returns) reflected by the scene in the direction of the platform, as well as possibly the synchronization signal for synchronization with the transmitting device. From the received radar returns, SAR radar images of the scene are then calculated and displayed on a screen.
  • Es können damit von einer bewegten Plattform für eine bestimmte Beobachtungsdauer in schneller, kontinuierlicher zeitlicher Abfolge in Voraussicht Radarabbildungen von einer Szene berechnet und auf einem Bildschirm dargestellt werden. Die Szene, bspw. die Landebahn eines Flughafens im Falle eines Flugzeugs als bewegte Plattform, wird dabei gezielt und von dieser unabhängig von der bodengestützten Sendeeinrichtung beleuchtet.It can thus be calculated by a moving platform for a certain observation period in a fast, continuous temporal sequence in advance radar images of a scene and displayed on a screen. The scene, for example, the runway of an airport in the case of an aircraft as a moving platform is targeted and illuminated by this independently of the ground-based transmitting device.
  • Hierbei wurde erkannt, dass für die Erzeugung einer Radarabbildung mit hoher geometrischer Auflösung aus einer bewegten Plattform in Voraussicht eine räumliche Trennung von Sender und Empfänger entsprechend dem bistatischen SAR-Prinzip einsetzbar ist. Eine Abbildung der Szene mit einem bistatischen SAR, dessen Empfänger die Radarechos von einer voraus liegenden Szene empfängt, wird durch die hier vorgeschlagene geeignete Geometrie zwischen Sender, Szene und Empfänger ermöglicht. Die für die Bildberechnung notwendige Phasenänderung des Empfangssignals wird zum größten Teil durch die Aspektwinkeländerung der ausgesendeten Radarwellen zur Szene gewährleistet. Der kleinere Anteil an der Phasenänderung resultiert aus der Bewegung des Empfängers mit der, im Falle eines Flugzeugs, vorzugsweise in Vorwärtsrichtung schräg auf den Boden ausgerichteten Empfangsantenne. Mit größer werdendem Depressionswinkel steigt dieser Anteil.It was recognized that for the generation of a radar image with high geometric resolution from a moving platform in the future a spatial separation of transmitter and receiver according to the bistatic SAR principle can be used. An illustration of the scene with a bistatic SAR, the receiver of which receives the radar echoes from a scene ahead, is made possible by the appropriate geometry between sender, scene, and receiver as suggested herein. The necessary for the image calculation phase change of the received signal is ensured for the most part by the aspect angle change of the emitted radar waves to the scene. The smaller proportion of the phase change results from the movement of the receiver with the receiving antenna, which in the case of an aircraft, preferably in the forward direction obliquely, is aligned obliquely on the ground. With increasing depression angle, this proportion increases.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung können kontinuierliche hochauflösende Radarabbildungen auf einer bewegten Plattform in Voraussicht erhalten werden. Das eingesetzte Radarverfahren generiert unabhängig von der Tageszeit und unabhängig von Wettereinflüssen (Regen, Schneefall, Nebel, Rauch, Staub usw.) photoähnliche Abbildungen in einer kontinuierlichen Abfolge in Voraussicht der bewegten Plattform. Beim Einsatz in der Luftfahrt erhält der Pilot dadurch eine bildgebende Landehilfe, um auch bei Dunkelheit und unter extremen Wetterbedingungen die Landebahn in Flugrichtung sicher erkennen zu können. Hierdurch wird die Sicherheit bei der Landung erheblich erhöht und Unfälle werden vermieden. Da das Flugzeug keine Sendeeinrichtung benötigt, können aufgrund der gegenüber einem monostatischen System verringerten Kosten, des geringeren Platzbedarfs sowie des geringeren Gewichts auch kleine Flugzeuge mit dem vorgeschlagenen System ausgestattet werden. Selbstverständlich ist auch der Einsatz in großen Verkehrsflugzeugen und auf großen Flughäfen sinnvoll, da das vorgeschlagene System bestehende Systeme sinnvoll ergänzen und die Sicherheit bei der Landung bei schlechtem Wetter und in der Nacht weiter erhöhen würde.With the proposed method and apparatus, continuous high-resolution radar images on a moving platform can be obtained in advance. The Radar used regardless of the time of day and regardless of weather conditions (rain, snow, fog, smoke, dust, etc.) generates photo-like images in a continuous sequence in anticipation of the moving platform. When used in aviation, the pilot thus receives an imaging aid to be able to reliably detect the runway in the direction of flight even in darkness and under extreme weather conditions. As a result, the safety at landing is significantly increased and accidents are avoided. Since the aircraft does not require a transmitting device, due to the reduced costs compared to a monostatic system, the smaller space requirement and the lower weight even small aircraft can be equipped with the proposed system. Of course, the use in large commercial aircraft and at large airports makes sense, since the proposed system would make sense to complement existing systems and further increase the safety of landing in bad weather and at night.
  • Ein Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung besteht darin, dass die Sendeeinrichtung von der Plattform räumlich getrennt ist und dadurch die abzubildende Szene bzw. das Zielgebiet, bspw. die Landebahn, gezielt und optimiert beleuchten kann. Die komplette Sendeelektronik und die Energieerzeugung für die Sendeeinrichtung können somit zentral und unabhängig von der Empfangseinrichtung bereitgestellt werden. Dies senkt deutlich die Kosten und den Energiebedarf für die Komponenten des Systems an Bord der bewegten Plattform. In bewegten Plattformen müssen lediglich kostengünstige Empfangseinrichtungen installiert werden, die zudem deutlich weniger Raum und Energie benötigen als Sendeeinrichtungen. Durch die Verwendung von Radarwellen ist das Verfahren zudem unabhängig von der Tageszeit, vom Wetter und von anderen sichtbehindernden Einflüssen in der Atmosphäre, wie beispielsweise Staub oder Rauch.An advantage of the proposed method and the associated device is that the transmitting device is spatially separated from the platform and thereby can illuminate the scene to be imaged or the target area, for example the runway, in a targeted and optimized manner. The complete transmission electronics and the power generation for the transmitting device can thus be provided centrally and independently of the receiving device. This significantly reduces the cost and energy requirements for the components of the system aboard the moving platform. In moving platforms only cost-effective receiving devices must be installed, which also require significantly less space and energy than transmitting devices. The use of radar waves also makes the process independent of the time of day, the weather and other obstructive influences in the atmosphere, such as dust or smoke.
  • In einer Abwandlung des vorgeschlagenen Verfahrens können die Orte von Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung auch vertauscht werden, wobei dann allerdings einige der oben beschriebenen Vorteile wegfallen. So kann die Sendeeinrichtung zur Beleuchtung des Zielgebiets auf der bewegten Plattform installiert werden und die Empfangseinrichtung getrennt von der Plattform stationär zur Szene bzw. zum Zielgebiet. Die Empfangseinrichtung muss dabei derart ausgestaltet sein, dass sie Radarechos von der Szene unter unterschiedlichen Aspektwinkeln empfängt. Hierzu können die gleichen Ausgestaltungen herangezogen werden, die nachfolgend im Falle der getrennt von der Plattform angeordneten Sendeeinrichtung beschrieben sind, d. h. bspw. der Einsatz einer Gruppenantenne. In dieser Abwandlung müssen dann die empfangenen Daten bzw. die daraus berechneten Radarabbildungen entweder an die bewegte Plattform übertragen werden, bspw. über einen geeigneten Funkkanal, oder können nur in mit der Empfangseinrichtung verbundenen Einrichtungen angezeigt werden.In a modification of the proposed method, the locations of transmitting device and receiving device can also be reversed, but then eliminating some of the advantages described above. Thus, the transmitting device can be installed to illuminate the target area on the moving platform and the receiving device separate from the platform stationary to the scene or the target area. The receiving device must be designed such that it receives radar echoes from the scene at different aspect angles. For this purpose, the same embodiments can be used, which are described below in the case of the transmission device arranged separately from the platform, d. H. For example, the use of a group antenna. In this modification, the received data or the radar images calculated therefrom must then either be transmitted to the moving platform, for example via a suitable radio channel, or can only be displayed in devices connected to the receiving device.
  • Die mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung erhaltenen visuellen Abbildungen der Szene sind für den Menschen eine deutliche Hilfestellung, können jedoch auch für eine nachgeschaltete automatisierte Szenenauswertung, bspw. für unbemannte Plattformen, eingesetzt werden.The visual images of the scene obtained with the proposed method and the associated device are a clear help to humans, but can also be used for a downstream automated scene evaluation, for example for unmanned platforms.
  • Neben der bereits beschriebenen Landehilfe für Flugzeuge können das Verfahren und die Vorrichtung auch für vielfältige andere Szenarien verwendet werden, bei denen bewegte Plattformen navigiert werden oder autonom navigieren müssen. Ein Beispiel hierfür sind Schiffe, die sich in Häfen bewegen oder durch enge Schifffahrtsstraßen fahren. Besonders die kontinuierliche Überwachung von Gefahrenbereichen, wie Kreuzungen und Knotenpunkte von Binnenschifffahrtswegen, kann von dem Verfahren profitieren. Die Empfangsantenne würde hierbei vorzugsweise am höchsten Punkt des Schiffes befestigt werden.In addition to the landing aid for aircraft already described, the method and the device can also be used for a variety of other scenarios in which moving platforms have to be navigated or have to navigate autonomously. An example of this are ships that move in ports or through narrow shipping lanes. In particular, continuous monitoring of hazard areas, such as intersections and junctions of inland waterways, can benefit from the process. The receiving antenna would in this case preferably be fastened at the highest point of the ship.
  • Ein weiteres Beispiel sind Landfahrzeuge, die gefährliche Streckenabschnitte, wie bspw. enge Serpentinen oder Kreuzungen, passieren. Weiterhin kann das Verfahren bspw. für Schienenfahrzeuge in besonders kritischen Bereichen eingesetzt werden, bspw. im Bereich von Steinschlaggebieten im Gebirge, so dass potentiell gefährliche Gegenstände auf den Gleisen in Voraussicht detektiert werden können. Auch die Überwachung von Streckenabschnitten mit vielen Weichen und Knotenpunkten kann von dem Verfahren profitieren. Beim Lastenabwurf aus Luftfahrzeugen kann durch eine Empfangsantenne in Voraussicht das Gebiet für das Abwerfen der Last identifiziert und ggf. durch eine weitere Empfangsantenne in Rückwärtsrichtung (bzgl. der Flugrichtung des Luftfahrzeugs) der Lastenabwurf beobachtet und überprüft werden. Die Empfangsantennen sind dabei am abwerfenden Luftfahrzeug montiert. Die Beleuchtung könnte hier z. B. durch ein zweites Flugzeug erfolgen, das eine entsprechende Sendeeinrichtung trägt, oder durch eine im Abwurfgebiet temporär installierte Sendeeinrichtung.Another example is land vehicles passing dangerous sections such as narrow hairpin bends or crossings. Furthermore, the method can be used, for example, for rail vehicles in particularly critical areas, for example in the area of rockfall areas in the mountains, so that potentially dangerous objects on the tracks can be detected in advance. The monitoring of sections with many points and junctions can also benefit from the process. When unloading aircraft, a receiving antenna can in advance be used to identify the area for the launch of the load and, if necessary, to monitor and check the load discharge by means of a further receiving antenna in the backward direction (with respect to the direction of flight of the aircraft). The receiving antennas are mounted on the ejecting aircraft. The lighting could here z. B. by a second aircraft, which carries a corresponding transmitting device, or by a temporarily installed in the discharge area transmitting device.
  • Die Sendeeinrichtung muss bei der ersten Alternative des vorgeschlagenen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung eine Beleuchtung des Zielgebietes mit Radarwellen unter unterschiedlichen Aspektwinkeln ermöglichen. Dies kann bspw. mittels verteilter Sendeantennen (Gruppenantenne) erreicht werden, mit denen das Zielgebiet auch ohne eine mechanische Bewegung beleuchtet werden kann. Dazu werden entweder die Einzelstrahler sequentiell angesteuert oder jedes Sendeelement bzw. jede Sendeantenne wird mit einem kodierten Sendesignal betrieben, so dass das von dem jeweiligen Sendelement ausgesendete und reflektierte Signal im Empfänger extrahiert und diesem Sendeelement zugeordnet werden kann.In the first alternative of the proposed method and the associated device, the transmitting device must enable illumination of the target area with radar waves at different aspect angles. This can be achieved, for example, by means of distributed transmission antennas (group antenna) with which the target area can also be illuminated without a mechanical movement. For this purpose, either the individual radiators are sequential controlled or each transmitting element or each transmitting antenna is operated with a coded transmission signal, so that the emitted and reflected from the respective transmitting element signal can be extracted in the receiver and assigned to this transmitting element.
  • Eine Erzeugung mehrerer SAR-Abbildungen in zeitlicher Abfolge wird durch eine zyklische Bewegung des Phasenzentrums der Sendeeinrichtung erreicht. Während eines Zyklus werden mit einer bestimmten Pulswiederholrate entweder kurze frequenzmodulierte bzw. kodierte Wellenformen {Pulsradar} oder Wellenformen nach dem bekannten FMCW-Prinzip (FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) ausgesendet. Die Radarsignale treffen dadurch aus verschiedenen Aspekt Winkelrichtungen auf die Szene, werden dort reflektiert und durch die Empfangseinrichtung auf der bewegten Plattform empfangen, digitalisiert und gespeichert. Vorzugsweise sendet die Sendeeinrichtung zusätzlich ein Synchronisationssignal zum Empfänger, vorzugsweise über einen separaten Funkkanal, das dort empfangen und zur Synchronisation der beiden Teilsysteme Sender und Empfänger verwendet wird. Das Synchronisationssignal kann beispielsweise identisch mit jenem Signal sein, mit welchem die Szene beleuchtet wird. Dieses dient dann zum einen als Referenzsignal für die Pulskompression, einem zur Berechnung des SAR-Bildes benötigten Verarbeitungsschritt. Zum anderen können aus diesem Signal Informationen, wie bspw. der Frequenzversatz und der Phasenfehler der beim Sender und Empfänger eingesetzten Oszillatoren, gewonnen werden. Eine fehlende Synchronisation hätte einen Qualitätsverlust und Positionierungsfehler bei der Bildrekonstruktion zur Folge. Zur Synchronisation von Sender und Empfänger können aber auch andere bekannte Verfahren verwendet werden, wie sie bspw. bei den Globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) GPS, GLONASS, oder Galileo zum Einsatz kommen. Weitere Informationen, die ggf. zur Berechnung des SAR-Bildes benötigt werden, wie bspw. die Position, die Blickrichtung des Senders und die Sendewellenformen, können über diese Funkverbindung ebenfalls übertragen werden.A generation of several SAR images in time sequence is achieved by a cyclic movement of the phase center of the transmitting device. During a cycle, at a given pulse repetition rate, either short frequency modulated (pulse) pulses or waveforms are transmitted according to the well-known FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) principle. The radar signals thereby hit angle angles on the scene from different aspects, are reflected there and received, digitized and stored by the receiving device on the moving platform. Preferably, the transmitting device additionally transmits a synchronization signal to the receiver, preferably via a separate radio channel, which is received there and used for the synchronization of the two subsystems transmitter and receiver. The synchronization signal may, for example, be identical to the signal with which the scene is illuminated. This then serves as a reference signal for the pulse compression, a processing step required to calculate the SAR image. On the other hand, information such as the frequency offset and the phase error of the oscillators used in the transmitter and receiver can be obtained from this signal. A lack of synchronization would result in a quality loss and positioning error in the image reconstruction. For the synchronization of transmitter and receiver but other known methods can be used, as they are used, for example, in the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) GPS, GLONASS, or Galileo. Further information that may be required to calculate the SAR image, such as the position, the viewing direction of the transmitter and the transmission waveforms, can also be transmitted via this radio link.
  • Eine derartige Bewegung des Phasenzentrums der Sendeeinrichtung kann mittels verteilter Sendeantennen (Gruppenantenne), bspw. durch eine sequentielle Ansteuerung der einzelnen Sendeelemente bzw. -antennen, erzeugt werden. Weiterhin kann auch bei gleichzeitiger Ausstrahlung durch alle Sendeelemente, bei der jedes Sendeelement ein dem jeweiligen Sendeelement zuordbares kodiertes Signal ausstrahlt, in der Empfangseinrichtung eine derartige zyklische Bewegung des Phasenzentrums der Sendeeinrichtung bei der Signalauswertung erreicht werden. Die ist auch mit mehreren verteilten Sendeantennen möglich, die mit Sendesignalen in unterschiedlichen Frequenzbändern parallel betrieben werden, wobei dann die von der Empfangseinrichtung empfangenen Radarsignale aufgrund der unterschiedlichen Frequenzbänder den jeweiligen Sendeantennen zugeordnet werden.Such a movement of the phase center of the transmitting device can be generated by means of distributed transmitting antennas (group antenna), for example by a sequential control of the individual transmitting elements or antennas. Furthermore, in the receiving device, such a cyclical movement of the phase center of the transmitting device in the signal evaluation can be achieved even with simultaneous emission by all transmitting elements, in which each transmitting element emits a coded signal assignable to the respective transmitting element. This is also possible with a plurality of distributed transmission antennas, which are operated in parallel with transmission signals in different frequency bands, in which case the radar signals received by the reception device are assigned to the respective transmission antennas on the basis of the different frequency bands.
  • Nach der Akquisition der Daten eines Zyklus berechnet der dafür vorgesehene Algorithmus, vorzugsweise mit Hilfe der gespeicherten Positionsdaten der Plattform und des Synchronisationssignals, die SAR-Abbildung der Szene. Um eine kohärente Signalverarbeitung zu gewährleisten, werden in einem Vorverarbeitungsschritt Synchronisationsfehler zwischen Sender und Empfänger korrigiert. Das Bildergebnis wird auf einem Bildschirm angezeigt. Nach der Berechnung des nächsten Bildes aus den Daten des darauf folgenden Scans wird das Bild auf dem Bildschirm durch das neue Ergebnis ersetzt. Zusätzliche Informationen, wie Entfernung zur Szene, Ausdehnung der Szene, Position der eigenen Plattform, usw. können ebenfalls auf dem Bildschirm angezeigt werden.After the acquisition of the data of one cycle, the algorithm provided for this purpose computes the SAR image of the scene, preferably using the stored position data of the platform and of the synchronization signal. In order to ensure coherent signal processing, synchronization errors between transmitter and receiver are corrected in a preprocessing step. The image result is displayed on a screen. After the calculation of the next image from the data of the subsequent scan, the image on the screen is replaced by the new result. Additional information such as distance to the scene, extent of the scene, position of the own platform, etc. can also be displayed on the screen.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst in einer Ausgestaltung zumindest eine separat von der Plattform, stationär zum Zielgebiet angeordnete Sendeeinrichtung und eine an der bewegten Plattform angeordnete Empfangseinrichtung, die eine Datenverarbeitungs- bzw. Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer SAR-Radarabbildung aus den empfangenen Radarechos aufweist. Vorzugsweise umfasst die Empfangseinrichtung auch eine Synchronisationseinheit zur Synchronisation der Empfangseinrichtung mit der Sendeeinrichtung, vorzugsweise über ein empfangenes Synchronisationssignal.In one embodiment, the device for carrying out the method comprises at least one transmitting device arranged separately from the platform, stationary relative to the target region, and a receiving device arranged on the moving platform, which has a data processing or image generating device for generating a SAR radar image from the received radar echoes. The receiving device preferably also comprises a synchronization unit for synchronizing the receiving device with the transmitting device, preferably via a received synchronization signal.
  • Die Sendeeinrichtung ist dafür ausgebildet, um Radarpulse aus einem definierten Aspektwinkelbereich auf eine gewünschte Szene auszusenden und diesen Vorgang periodisch zu wiederholen. Die Aspektwinkeländerung kann mittels unbewegter, verteilter Sendeantennen (Gruppenantenne) entweder durch sequentielle Ansteuerung der Einzelstrahler oder durch gleichzeitiges Senden kodierter Sendesignale mit mehreren Sendeelementen erfolgen. Eine vorzugsweise an der Sendeeinrichtung vorhandene zweite Sendeantenne sendet ein Synchronisationssignal und ggf. Informationen zur abzubildenden Szene, bspw. die Lage des Flugplatzes, und/oder zur Sendeeinrichtung, bspw. Position, Blickrichtung und Sendewellenform, in Richtung der Empfängers. Die Empfangseinrichtung ist zum Empfang der reflektierten Radarpulse sowie zur Digitalisierung und Abspeicherung der Daten ausgebildet.The transmitting device is designed to transmit radar pulses from a defined aspect angle range to a desired scene and to repeat this process periodically. The aspect angle change can take place by means of stationary, distributed transmission antennas (group antenna) either by sequential control of the individual radiators or by simultaneous transmission of coded transmission signals with a plurality of transmission elements. A second transmitting antenna preferably present at the transmitting device transmits a synchronization signal and possibly information about the scene to be imaged, for example the position of the aerodrome, and / or the transmitting device, for example position, viewing direction and transmission waveform, in the direction of the receiver. The receiving device is designed to receive the reflected radar pulses as well as to digitize and store the data.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung auf der bewegten Plattform noch ein System zur Erfassung von Informationen über die Position der bewegten Plattform, bspw. einen GNSS-Empfänger. Die Datenverarbeitungs- bzw. Bilderzeugungseinrichtung verwendet vorzugsweise einen bistatischen SAR-Algorithmus, der mit Hilfe der Positionsdaten der Plattform, des Synchronisationssignals und der akquirierten Daten nacheinander für jeden Zyklus eine SAR-Abbildung der Szene berechnet und auf einem Bildschirm anzeigt.Preferably, the device on the moving platform further comprises a system for detecting information about the position of the moving platform, for example a GNSS receiver. The data processing or Image generator preferably uses a bistatic SAR algorithm which, using the position data of the platform, the synchronization signal and the acquired data, successively calculates and displays on a screen a SAR map of the scene for each cycle.
  • In einer zweiten Ausgestaltung der Vorrichtung sind Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung vertauscht, wobei dann die Empfangseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die von der Szene in Richtung der Empfangseinrichtung reflektierten Radarsignale unter unterschiedlichen Aspektwinkeln empfangen kann.In a second embodiment of the device, the transmitting device and the receiving device are interchanged, in which case the receiving device is designed such that it can receive the radar signals reflected from the scene in the direction of the receiving device at different aspect angles.
  • Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
  • Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen;The proposed method and the associated device will be briefly explained again with reference to an embodiment in conjunction with the drawings. Show here;
  • 1 ein Beispiel für den Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens zur Radarabbildung einer Landebahn von einem landenden Flugzeug in Voraussicht; 1 an example of the use of the proposed method for radar imaging of a runway from a landing aircraft in advance;
  • 2 ein Beispiel für den Aufbau der Sendeeinrichtung der vorgeschlagenen Vorrichtung; und 2 an example of the structure of the transmitting device of the proposed device; and
  • 3 ein Beispiel für den Aufbau der Empfangseinrichtung der vorgeschlagenen Vorrichtung. 3 an example of the structure of the receiving device of the proposed device.
  • Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
  • Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird eine Serie von Radarabbildungen aus akquirierten Radarechos erzeugt, wobei die Signale durch einen bodengestützten Sender ausgesendet, von der abzubildenden Szene am Boden reflektiert und durch eine schräg nach unten in Flugrichtung ausgerichtete Empfangsantenne der Empfangseinrichtung auf einer bewegten Plattform empfangen werden. Der Sender sendet periodisch Radarpulse aus, während sich das Phasenzentrum des Senders entlang einer Strecke bewegt, um das Zielgebiet aus einem definierten Aspektwinkelbereich zu beleuchten. Das Phasenzentrum des Senders bzw. der Sendeantenne legt die Strecke anschließend in entgegengesetzter Richtung zurück und wechselt danach wieder die Richtung usw., wobei pro Zyklus ein SAR-Bild in der Empfangseinrichtung erzeugt wird.In the method described herein, a series of radar images are generated from acquired radar echoes, which signals are transmitted through a ground-based transmitter, reflected from the scene to be imaged on the ground, and received on a moving platform by a receive receiver receiving antenna oriented obliquely downward in the direction of flight. The transmitter periodically emits radar pulses as the transmitter's phase center moves along a path to illuminate the target area from a defined aspect angle range. The phase center of the transmitter or the transmitting antenna then moves the distance in the opposite direction and then changes direction again, etc., whereby a SAR image is generated in the receiving device per cycle.
  • Die Änderung des Phasenzentrums kann mittels unbewegter, verteilter Sendeantennen erfolgen. Die reflektierten Echos werden auf der bewegten Plattform durch eine auf den Boden aber in Bewegungsrichtung ausgerichtete Empfangsantenne empfangen und in der Empfangseinrichtung digitalisiert und gespeichert. Eine Synchronisation von Sender und Empfänger bzw. Sende- und Empfangseinrichtung erfolgt mit Hilfe eines Synchronisationssignals, das über eine direkte Funkverbindung oder über einen Transponder an die Empfangseinrichtung übertragen werden kann. Aus den akquirierten Daten werden mit Hilfe von bekannten Methoden zur Fokussierung bistatischer SAR-Daten bistatische SAR-Abbildungen berechnet und visualisiert. Hier kann bspw. ein Verfahren eingesetzt werden, wie es aus Walterscheid, I.; Ender, J. H. G.; Brenner, A. R.; Loffeld, O.: ”Bistatic SAR Processing and Experiments”, IEEE Transactions an Geoscience and Remote Sensing, Vol. 44, No. 10, pp. 2710–2717, Oct. 2006 bekannt ist.The change of the phase center can take place by means of stationary, distributed transmission antennas. The reflected echoes are received on the moving platform by a receiving antenna aimed at the ground but in the direction of movement and digitized and stored in the receiving device. A synchronization of transmitter and receiver or transmitting and receiving device takes place with the aid of a synchronization signal which can be transmitted via a direct radio link or via a transponder to the receiving device. From the acquired data bistatic SAR images are calculated and visualized using known methods for focusing bistatic SAR data. Here, for example, a method can be used, as it Walterscheid, I .; Ender, J.H.G .; Brenner, A.R .; Loffeld, O .: "Bistatic SAR Processing and Experiments", IEEE Transactions to Geoscience and Remote Sensing, Vol. 10, pp. 2710-2717, Oct. 2006 is known.
  • Grundsätzlich können beim vorgeschlagenen Verfahren Sender und Empfänger auch vertauscht werden, so dass die Beleuchtung der Szene durch einen vorwärts schauenden Sender auf der bewegten Plattform erfolgt und sich die Empfangseinrichtung am Boden befindet. Das Phasenzentrum der Empfangsantenne wird dabei durch Einsatz von verteilten Empfangsantennen variiert.In principle, in the proposed method transmitter and receiver can also be reversed, so that the illumination of the scene is done by a forward looking transmitter on the moving platform and the receiving device is located on the ground. The phase center of the receiving antenna is thereby varied by using distributed receiving antennas.
  • 1 zeigt den Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens beim Landeanflug eines Flugzeugs 4. Der Sender 1 ist in der Nähe der Landebahn 3 angeordnet. Das Phasenzentrum wird abwechselnd in beide Richtungen bewegt, wie dies durch die Pfeile in 1 angedeutet ist. Während dieser Bewegung sendet der Sender Radarpulse in Richtung der abzubildenden Szene 2, eines Landeabschnittes der Landebahn 3, aus. In der Figur befindet sich der Sender 1 am Anfang bzw. vor der Landebahn 3. Ebenso könnte sich der Sender aber auch am seitlichen Rand der Landebahn 3 befinden. 1 shows the use of the proposed method when approaching an aircraft 4 , The transmitter 1 is near the runway 3 arranged. The phase center is alternately moved in both directions, as indicated by the arrows in 1 is indicated. During this movement the transmitter sends radar pulses in the direction of the scene to be imaged 2 , a landing section of the runway 3 , out. In the figure is the transmitter 1 at the beginning or in front of the runway 3 , Likewise, the transmitter could also be on the side edge of the runway 3 are located.
  • 2 zeigt ein Beispiel für den schematischen Aufbau des Senders 1, Der Sender 1 erzeugt das Radarsignal 5, das über die Antenne 6 in Richtung der Szene abgestrahlt wird. Der Sender kann weiterhin auch ein Synchronisationssignal 7 über eine separate Antenne 8 in Richtung des Empfängers abstrahlen. 2 shows an example of the schematic structure of the transmitter 1 , The transmitter 1 generates the radar signal 5 that over the antenna 6 is radiated in the direction of the scene. The transmitter can also continue a synchronization signal 7 via a separate antenna 8th in the direction of the receiver.
  • Das Radarsignal wird abhängig von den Rückstreueigenschaften am Boden reflektiert und durch den Empfänger an Bord des Flugzeugs 4 empfangen. Bestimmte Abschnitte oder Positionen auf der Landebahn 3, die für den Landeanflug eine besondere Bedeutung haben, könnten zusätzlich durch Reflektoren in diesem Bereich oder durch entsprechende Bodenbeläge, die Radarsignale unterschiedlich stark reflektieren oder absorbieren, im Radarbild besonders hervorgehoben werden.The radar signal is reflected off the ground depending on the backscattering characteristics and by the receiver on board the aircraft 4 receive. Certain sections or positions on the runway 3 , which have a special significance for the approach, could be particularly highlighted in the radar image by reflectors in this area or by corresponding floor coverings that radar signals reflect or absorb different degrees.
  • 3 zeigt ein Beispiel für den schematischen Aufbau der Empfangseinrichtung auf der bewegten Plattform. Die Empfangsantenne 9 kann während des Landeanflugs ggf. nachgeführt werden, damit sie stets die Radarechos des vom Sender 1 beleuchteten Bereichs empfangen kann. Die Empfangssignale werden in einer Datenakquisitionseinheit 10 digitalisiert und abgespeichert, während die Synchronisationseinheit 11 (falls ein Synchronisationssignal gesendet wird) über das empfangene Synchronisationssignal die Synchronisation der Empfangseinrichtung mit dem Sender herstellt. Mit Hilfe der Positionsdaten der Plattform, die durch einen GNSS-Empfänger 12 erhalten werden, werden die Synchronisationseinheit 11, die Datenverarbeitungseinheit bestehend aus einer Vorverarbeitungseinheit 13 und einer Bilderzeugungseinheit 14 und schließlich die Visualisierungseinheit 15 für die Darstellung der SAR-Abbildungen unterstützt. Die Bilderzeugungseinheit 14 verwendet einen bistatischen SAR-Algorithmus, der aus dem aufgezeichneten und vorverarbeiteten Datensatz eines Sendezyklus ein Radarbild zur Darstellung auf der Visualisierungseinheit 15, einem Bildschirm, erzeugt. Die Prozessierungsdauer sollte nicht länger als die Dauer eines Sendezyklus sein. Abhängig von der Dauer eines Sendezyklus wird auf dem Bildschirm eine Abfolge von SAR-Bildern der Landebahn angezeigt. Zusatzinformationen, wie Positions- und Lageinformation der Plattform, Entfernung zum Aufsetzpunkt, usw. können ebenfalls am Bildschirm angezeigt werden. 3 shows an example of the schematic structure of the receiving device on the moving platform. The receiving antenna 9 may be tracked during the landing approach if necessary, so they always the Radarechos of the transmitter 1 can receive illuminated area. The received signals are in a data acquisition unit 10 digitized and stored while the synchronization unit 11 (if a synchronization signal is sent) establishes the synchronization of the receiving device with the transmitter via the received synchronization signal. Using the position data of the platform, by a GNSS receiver 12 are received, the synchronization unit 11 , the data processing unit consisting of a preprocessing unit 13 and an image forming unit 14 and finally the visualization unit 15 supported for the presentation of SAR images. The image generation unit 14 uses a bistatic SAR algorithm which uses the recorded and preprocessed data set of a transmission cycle to form a radar image for display on the visualization unit 15 , a screen generated. The processing time should not be longer than the duration of a transmission cycle. Depending on the duration of a broadcasting cycle, a sequence of SAR images of the runway is displayed on the screen. Additional information such as position and position information of the platform, distance to the touchdown point, etc. can also be displayed on the screen.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 11
    Sendertransmitter
    22
    Szenescene
    33
    LandebahnRunway
    44
    Flugzeugplane
    55
    Radarsignalradar signal
    66
    Antenneantenna
    77
    Synchronisationssignalsynchronization signal
    88th
    separate Antenneseparate antenna
    99
    Empfangsantennereceiving antenna
    1010
    DatenakquisitionseinheitData acquisition unit
    1111
    Synchronisationseinheitsynchronization unit
    1212
    GNSS-Empfänger (GNSS: Globales Navigationssatellitensystem)GNSS receiver (GNSS: Global Navigation Satellite System)
    1313
    Vorverarbeitungseinheitpreprocessing
    1414
    BilderzeugungseinheitImaging unit
    1515
    visualisierungseinheitvisualization unit

Claims (14)

  1. Verfahren zur Radarabbildung einer Szene (2) ausgehend von einer relativ zur Szene (2) bewegten Plattform (4), bei dem – eine getrennt von der Plattform (4) relativ zur Szene (2) stationär angeordnete Sendeeinrichtung (1) die Szene (2) mit einer oder mehreren Radarwellen unter unterschiedlichen Aspektwinkeln beleuchtet, – eine auf der bewegten Plattform (4) angeordnete und in Voraussicht ausgerichtete Empfangseinrichtung von der Szene (2) in Richtung der Plattform (4) reflektierte Radarsignale empfängt, – und aus den empfangenen Radarsignalen SAR-Radarabbildungen der Szene (2) berechnet und angezeigt werden.Method for radar imaging of a scene ( 2 ) starting from a relative to the scene ( 2 ) moving platform ( 4 ), in which - one separate from the platform ( 4 ) relative to the scene ( 2 ) stationarily arranged transmitting device ( 1 ) the scene ( 2 ) illuminated with one or more radar waves at different aspect angles, - one on the moving platform ( 4 ) arranged in advance, from the scene ( 2 ) in the direction of the platform ( 4 ) receives reflected radar signals, and from the received radar signals SAR radar images of the scene ( 2 ) are calculated and displayed.
  2. Verfahren zur Radarabbildung einer Szene (2) ausgehend von einer relativ zur Szene (2) bewegten Plattform (4), bei dem – eine auf der bewegten Plattform (4) angeordnete und in Voraussicht ausgerichtete Sendeeinrichtung (1) die Szene (2) mit einer oder mehreren Radarwellen beleuchtet, – eine getrennt von der Plattform (4) relativ zur Szene (2) stationär angeordnete Empfangseinrichtung von der Szene (2) in Richtung der Empfangseinrichtung reflektierte Radarsignale unter unterschiedlichen Aspektwinkeln empfängt, – und aus den empfangenen Radarsignalen SAR-Radarabbildungen der Szene (2) berechnet und angezeigt werden.Method for radar imaging of a scene ( 2 ) starting from a relative to the scene ( 2 ) moving platform ( 4 ), where - one on the moving platform ( 4 ) arranged in advance ( 1 ) the scene ( 2 ) illuminated with one or more radar waves, - one separate from the platform ( 4 ) relative to the scene ( 2 ) stationary receiving device of the scene ( 2 ) receives radar signals reflected in the direction of the receiving device at different aspect angles, and from the received radar signals SAR radar images of the scene ( 2 ) are calculated and displayed.
  3. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (1) mehrere verteilte Sendeantennen umfasst, die zur Beleuchtung der Szene (2) unter den unterschiedlichen Aspektwinkeln zeitlich sequentiell angesteuert werden.Method according to Claim 1, characterized in that the transmitting device ( 1 ) comprises a plurality of distributed transmission antennas which are used to illuminate the scene ( 2 ) are timed sequentially under the different aspect angles.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (1) mehrere verteilte Sendeantennen umfasst, die mit kodierten Sendesignalen parallel betrieben werden, wobei die von der Empfangseinrichtung empfangenen Radarsignale aufgrund der Kodierung den jeweiligen Sendeantennen zugeordnet werden.Method according to Claim 1, characterized in that the transmitting device ( 1 ) comprises a plurality of distributed transmission antennas, which are operated in parallel with coded transmission signals, wherein the radar signals received by the reception device are assigned to the respective transmission antennas due to the coding.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (1) mehrere verteilte Sendeantennen umfasst, die mit Sendesignalen in unterschiedlichen Frequenzbändern parallel betrieben werden, wobei die von der Empfangseinrichtung empfangenen Radarsignale aufgrund der unterschiedlichen Frequenzbänder den jeweiligen Sendeantennen zugeordnet werden.Method according to Claim 1, characterized in that the transmitting device ( 1 ) comprises a plurality of distributed transmission antennas which are operated in parallel with transmission signals in different frequency bands, wherein the radar signals received by the reception device are assigned to the respective transmission antennas on the basis of the different frequency bands.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (1) mehrere verteilte Empfangsantennen umfasst, die zum Empfang der von der Szene (2) reflektierten Radarsignale unter den unterschiedlichen Aspektwinkeln zeitlich sequentiell angesteuert werden.Method according to claim 2, characterized in that the receiving device ( 1 ) comprises a plurality of distributed receive antennas for receiving the from the scene ( 2 ) reflected radar signals are sequentially timed under the different aspect angles.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (1) mehrere verteilte Empfangsantennen umfasst, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern eines breitbandig ausgestrahlten Sendesignals parallel empfangen, wobei die von der Empfangseinrichtung empfangenen Radarsignale aufgrund der unterschiedlichen Frequenzbänder den jeweiligen Empfangsantennen zugeordnet werden.Method according to claim 2, characterized in that the receiving device ( 1 ) comprises a plurality of distributed receive antennas receiving in parallel on different frequency bands of a broadband emitted transmit signal, wherein the radar signals received by the receiving means due to the different Frequency bands are assigned to the respective receiving antennas.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (1) und/oder die Empfangseinrichtung so betrieben wird, dass sich ein Phasenzentrum der ausgesendeten Radarwellen oder der empfangenen Radarsignale auf einer definierten Bahn zyklisch hin und her bewegt.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the transmitting device ( 1 ) and / or the receiving device is operated so that a phase center of the transmitted radar waves or the received radar signals cyclically reciprocates on a defined path.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Zyklus der zyklischen Bewegung eine SAR-Radarabbildung der Szene (2) berechnet und angezeigt wird.A method according to claim 8, characterized in that after each cycle of the cyclic motion a SAR radar image of the scene ( 2 ) is calculated and displayed.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über eine separate Antenne (8) der Sendeeinrichtung (1) ein Synchronisationssignal (7) ausgestrahlt wird.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that via a separate antenna ( 8th ) of the transmitting device ( 1 ) a synchronization signal ( 7 ) is broadcast.
  11. Vorrichtung zur Radarabbildung einer Szene (2) ausgehend von einer relativ zur Szene (2) bewegten Plattform (4), zumindest bestehend aus: – einer getrennt von der Plattform (4) relativ zur Szene (2) stationär angeordneten Sendeeinrichtung (1), durch die die Szene (2) mit einer oder mehreren Radarwellen unter unterschiedlichen Aspektwinkeln beleuchtbar ist, und – einer auf der bewegten Plattform (4) angeordneten und in Voraussicht ausgerichteten Empfangseinrichtung, durch die von der Szene (2) in Richtung der Plattform (4) reflektierte Radarsignale empfangbar sind, wobei die Empfangseinrichtung – eine Bilderzeugungseinheit (14) aufweist, die aus den empfangenen Radarsignalen SAR-Radarabbildungen der Szene (2) berechnet und an einer Visualisierungseinheit (15) anzeigt.Device for radar imaging of a scene ( 2 ) starting from a relative to the scene ( 2 ) moving platform ( 4 ), at least consisting of: - one separate from the platform ( 4 ) relative to the scene ( 2 ) stationarily arranged transmitting device ( 1 ) through which the scene ( 2 ) is illuminatable with one or more radar waves at different aspect angles, and - one on the moving platform ( 4 ) arranged in advance, by which the scene ( 2 ) in the direction of the platform ( 4 ) radar signals are receivable, wherein the receiving device - an image forming unit ( 14 ), which from the received radar signals SAR radar images of the scene ( 2 ) and displayed on a visualization unit ( 15 ).
  12. Vorrichtung zur Radarabbildung einer Szene (2) ausgehend von einer relativ zur Szene (2) bewegten Plattform (4), zumindest bestehend aus: – einer auf der bewegten Plattform (4) angeordneten und in Voraussicht ausgerichteten Sendeeinrichtung (1), durch die die Szene (2) mit einer oder mehreren Radarwellen beleuchtbar ist, und – einer getrennt von der Plattform (4) relativ zur Szene (2) stationär angeordneten Empfangseinrichtung, durch die von der Szene (2) in Richtung der Empfangseinrichtung reflektierte Radarsignale unter unterschiedlichen Aspektwinkeln empfangbar sind, wobei die Empfangseinrichtung – eine Bilderzeugungseinheit (14) aufweist, die aus den empfangenen Radarsignalen SAR-Radarabbildungen der Szene (2) berechnet und an einer Visualisierungseinheit (15) anzeigt.Device for radar imaging of a scene ( 2 ) starting from a relative to the scene ( 2 ) moving platform ( 4 ), at least consisting of: - one on the moving platform ( 4 ) and arranged in foresight ( 1 ) through which the scene ( 2 ) is illuminatable with one or more radar waves, and - one separate from the platform ( 4 ) relative to the scene ( 2 ) stationary receiving device through which the scene ( 2 ) radar signals reflected in the direction of the receiving device can be received at different aspect angles, wherein the receiving device - an image-forming unit ( 14 ), which from the received radar signals SAR radar images of the scene ( 2 ) and displayed on a visualization unit ( 15 ).
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (1) und/oder die Empfangseinrichtung so ausgebildet sind, dass sich ein Phasenzentrum der ausgesendeten Radarwellen oder der empfangenen Radarsignale während des Betriebs auf einer definierten Bahn zyklisch hin und her bewegt.Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the transmitting device ( 1 ) and / or the receiving device are designed so that a phase center of the emitted radar waves or the received radar signals during operation on a defined path cyclically reciprocates.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (1) eine separate Antenne (8) für die Ausstrahlung eines Synchronisationssignals (7) aufweist.Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the transmitting device ( 1 ) a separate antenna ( 8th ) for the broadcast of a synchronization signal ( 7 ) having.
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