DE102018120383A1 - Radar system with a synthetic antenna aperture - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radarsystem (10) mit einer synthetischen Antennenapertur (SAR) mit einer Sendeeinrichtung (12) und mindestens einer Empfangseinrichtung (20) zur Abbildung eines Objektes (28), wobei sich die Sendeeinrichtung (12) und die Empfangseinrichtung im Wesentlichen auf der gleichen Umlaufbahn (18) befinden, die Sendeeinrichtung (12) dazu ausgestaltet ist einen Sendeimpuls (24) auszusenden, der einen Ausleuchtungsbereich (26) mit dem Objekt (28) ausleuchtet und die Empfangseinrichtung (20) dazu ausgestaltet ist ein an dem Objekt (28) reflektiertes Echo (30) des Sendeimpulses (24) zu empfangen. Es ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung (12) Sendeimpulse (24) mit einer Wellenlänge aussendet, die kleiner ist, als ein Auflösungsvermögen des Radarsystems (10). Damit wird ein Radarsystem mit synthetischer Antennenapertur bereitgestellt, das bei einer hohen Auflösung einen großen Abbildungsstreifen abbildet und dessen Bilder eine gute Interpretierbarkeit erlauben.The invention relates to a radar system (10) with a synthetic antenna aperture (SAR) with a transmitting device (12) and at least one receiving device (20) for imaging an object (28), the transmitting device (12) and the receiving device being located essentially on the are in the same orbit (18), the transmitting device (12) is designed to send out a transmitting pulse (24) that illuminates an illumination area (26) with the object (28) and the receiving device (20) is designed to be attached to the object (28 ) to receive reflected echo (30) of the transmission pulse (24). It is provided that the transmission device (12) transmits transmission pulses (24) with a wavelength that is smaller than the resolving power of the radar system (10). This provides a radar system with a synthetic antenna aperture that images a large image strip at a high resolution and whose images allow good interpretability.

Description

Die Erfindung betrifft ein Radarsystem mit einer synthetischen Antennenapertur (SAR) mit einer Sendeeinrichtung und mindestens einer Empfangseinrichtung zur Abbildung eines Objektes.The invention relates to a radar system with a synthetic antenna aperture (SAR) with a transmitting device and at least one receiving device for imaging an object.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abbildung eines Objektes mittels des entsprechenden Radarsystems.Furthermore, the invention relates to a method for imaging an object using the corresponding radar system.

Weltweit werden mittlerweile zahlreiche Radarsysteme mit synthetischer Antennenapertur (SAR) eingesetzt, beispielsweise zur Abbildung der Erdoberfläche. Dabei ist es möglich, dass solche Systeme flugzeuggetragen oder satellitengetragen realisiert werden. SAR-Systeme gibt es als monostatische SAR-Systeme, bei denen eine Antenne für den Sende- und Empfangsbetrieb vorgesehen ist und als bistatische Systeme, bei denen jeweils eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne vorgesehen sind, die in der Regel auf unterschiedlichen Plattformen installiert sind.Numerous radar systems with synthetic antenna aperture (SAR) are now used worldwide, for example for imaging the earth's surface. It is possible for such systems to be carried on an airplane or on a satellite. SAR systems exist as monostatic SAR systems, in which an antenna is provided for transmitting and receiving operations, and as bistatic systems, in each of which a transmitting antenna and a receiving antenna are provided, which are generally installed on different platforms.

Das Prinzip der synthetischen Apertur besteht darin, die Momentaufnahme einer großen Antenne durch viele Aufnahmen einer kleinen, bewegten Antenne zu ersetzen. Im Verlauf dieser Bewegung wird jedes Objekt im Zielgebiet unter veränderlichem Blickwinkel angestrahlt und entsprechend aufgenommen. Sofern der Weg der realen Antenne hinreichend genau bekannt ist, kann aus Intensität und Phasenlage der empfangenen Radarechos die Apertur einer großen Antenne synthetisiert und so eine hohe Auflösung erzielt werden. Eine zusätzliche Fokussierung der einzelnen Signale wird dadurch erreicht, dass Phasenunterschiede, die durch Laufzeitunterschiede zwischen den einzelnen Antennenpositionen entstehen, durch den Signalprozessor ausgeglichen werden. Damit eine synthetische Apertur realisiert werden kann, ist es zwingend notwendig, dass das Radarsystem voll kohärent arbeitet. Das heißt, die Phasenbeziehung zwischen Sende- und Empfangssignal und von Sendeimpuls zu Sendeimpuls muss hinreichend genau bekannt sein.The principle of the synthetic aperture is to replace the snapshot of a large antenna with many shots of a small, moving antenna. In the course of this movement, every object in the target area is illuminated with a variable angle of view and recorded accordingly. If the path of the real antenna is known with sufficient accuracy, the aperture of a large antenna can be synthesized from the intensity and phase position of the received radar echoes, thus achieving a high resolution. Additional focusing of the individual signals is achieved in that the signal processor compensates for phase differences that arise as a result of time differences between the individual antenna positions. So that a synthetic aperture can be realized, it is imperative that the radar system works fully coherently. This means that the phase relationship between the transmit and receive signal and from transmit pulse to transmit pulse must be known with sufficient accuracy.

Heutzutage kommt man bei Frequenzen bis hin zu X-Band (8-12 GHz) bei Radarsystemen mit synthetischer Antennenapertur an die Grenzen der Machbarkeit bezüglich Bildqualität, Größe des Zielbereichs und anfallenden Datenvolumina.Nowadays, with frequencies up to X-band (8-12 GHz) in radar systems with synthetic antenna aperture, the limits of feasibility with regard to image quality, size of the target area and resulting data volumes are reached.

Um Bilder eines Radarsystems mit synthetischer Antennenapertur (SAR) bestmöglich interpretieren zu können, ist eine Bildqualität erforderlich, die mit optischen Bildern vergleichbar ist. Bei einer räumliche Auflösung des Radarsystems, die an der Grenze der verwendeten Wellenlänge liegt - für X-Band (Wellenlänge 2,5-3,75 cm) bedeutetet das beispielsweise eine Auflösung im Dezimeterbereich - ist eine gute Interpretierbarkeit der Bilder wegen des hohen Speckle-Anteils nicht mehr möglich. Als Speckle werden die körnigen Interferenzphänomene bezeichnet, die sich bei hinreichend kohärenter Beleuchtung optisch rauer Objektoberflächen (Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge) beobachten lassen. Der rauschähnliche Effekt bei kohärenten Radarsystemen kommt daher, dass die Echos vieler Streuzentren am Boden statistisch gesehen sich sowohl aufsummieren als auch auslöschen können. Der Speckle-Effekt ist umso intensiver, je näher die räumliche Auflösung des Radars seiner Wellenlänge kommt. Um dieses Problem zu verringern und die Interpretierbarkeit der Bilder weiter zu steigern, ist es nötig, auf höhere Frequenzen und damit kürzere Wellenlängen überzugehen. Allerdings werden für eine gleichbleibende Reichweite des Radars bei höheren Frequenzen höhere Sendeleistungen benötigt, die in den leistungsführenden Hohlleitern unter Vakuum zu Spannungsüberschlägen führen würden. Dieser Effekt der Multipaktion (multipactor effect) macht somit einen sicheren Betrieb unmöglich und würde zu Beschädigungen in den Hohlleitern und damit zum Ausfall des Systems führen.In order to be able to interpret images of a radar system with a synthetic antenna aperture (SAR) in the best possible way, an image quality that is comparable to optical images is required. With a spatial resolution of the radar system that lies at the limit of the wavelength used - for X-band (wavelength 2.5-3.75 cm) this means, for example, a resolution in the decimeter range - the images are easy to interpret because of the high speckle Partly no longer possible. Speckle refers to the granular interference phenomena that can be observed with sufficiently coherent illumination of optically rough object surfaces (unevenness in the order of the wavelength). The noise-like effect with coherent radar systems is due to the fact that the echoes of many scattering centers on the ground can statistically both add up and cancel each other out. The closer the spatial resolution of the radar comes to its wavelength, the more intense the speckle effect. In order to reduce this problem and further increase the interpretability of the images, it is necessary to switch to higher frequencies and thus shorter wavelengths. However, for a constant range of the radar at higher frequencies, higher transmission powers are required, which would lead to voltage flashovers in the power-carrying waveguides under vacuum. This effect of the multipaction (multipactor effect) makes safe operation impossible and would lead to damage in the waveguides and thus to the failure of the system.

Die Bildqualität und Interpretierbarkeit von SAR-Bildern wird des Weiteren oft behindert durch Mehrfachreflexionen von Radarsignalen an Objekten. Die Doppelreflexion ist die am häufigsten auftretende Störquelle heutiger Radarsysteme mit synthetischer Antennenapertur .The image quality and interpretability of SAR images is also often hindered by multiple reflections of radar signals on objects. Double reflection is the most common source of interference in today's radar systems with a synthetic antenna aperture.

Aufgrund des Aufnahmeprinzips von SAR-Radarsystemen erhält das Radarsystem von einem Streifen auf der Erdoberfläche, der während der Messung überflogen wird, Messdaten. Die Längsausdehnung dieses Abbildungsstreifens, der auch als Schwad (swath) bezeichnet wird, liegt entlang der Flugstrecke. Die Streifenbreite wird rechtwinklig zum Kurs gemessen und liegt bei herkömmlichen hochauflösenden Radarsystemen mit synthetischer Antennenapertur je nach Einfallswinkel bei Streifenbreiten von etwa 8-20 km bei einer Auflösung von 1 m. Eine Verbreiterung des Schwad durch Veränderung des Einfallwinkels geht auf Kosten der Auflösung und kann bei einer Auflösung von 5 m auch 40-100 km betragen.Due to the recording principle of SAR radar systems, the radar system receives measurement data from a strip on the earth's surface which is scanned during the measurement. The longitudinal extent of this image strip, which is also referred to as a swath, lies along the flight path. The stripe width is measured at right angles to the course and, in conventional high-resolution radar systems with a synthetic antenna aperture, is depending on the angle of incidence with stripe widths of about 8-20 km with a resolution of 1 m. Broadening the swath by changing the angle of incidence comes at the expense of resolution and can also be 40-100 km at a resolution of 5 m.

Zudem stellt das anfallende Datenvolumen von etwa 2 Terabit pro Bild hohe Anforderungen an das Radarsystem. Selbst bei einer noch nicht erreichten Datenübertragungsrate von 2 Gbit/s würde die Datenübertragung bei einer Flughöhe von etwa 700 km zum Boden etwa 17 Minuten benötigen und wäre bei einem Überflug über die Bodenstation nicht zu realisieren.In addition, the data volume of around 2 terabits per image places high demands on the radar system. Even if the data transmission rate of 2 Gbit / s had not yet been reached, the data transmission at an altitude of around 700 km to the ground would take around 17 minutes and would not be possible if the ground station were to fly over.

Von dieser Problematik ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Radarsystem mit synthetischer Antennenapertur bereitzustellen, das bei einer hohen Auflösung einen großen Abbildungsstreifen abbildet und dessen Bilder eine gute Interpretierbarkeit erlauben.Based on these problems, it is the object of the invention to provide a radar system with a synthetic antenna aperture that reproduces a large image strip at high resolution and its images allow easy interpretation.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.This object is solved by the features of the independent claims. Preferred further developments can be found in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist also ein Radarsystem mit einer synthetischen Antennenapertur (SAR) mit einer Sendeeinrichtung und mindestens einer Empfangseinrichtung zur Abbildung eines Objektes vorgesehen, wobei sich die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung im Wesentlichen auf einer gleichen Umlaufbahn befinden, die Sendeeinrichtung dazu ausgestaltet ist, einen Sendeimpuls auszusenden, der einen Ausleuchtungsbereich mit dem Objekt ausleuchtet, und die Empfangseinrichtung dazu ausgestaltet ist, ein an dem Objekt reflektiertes Echo des Sendeimpulses zu empfangen. Es ist dabei vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung Sendeimpulse mit einer Wellenlänge aussendet, die deutlich kleiner ist, als das Auflösungsvermögen des Radarsystems.According to the invention, therefore, a radar system with a synthetic antenna aperture (SAR) is provided with a transmitting device and at least one receiving device for imaging an object, the transmitting device and the receiving device being essentially in the same orbit, the transmitting device being designed to transmit a transmission pulse, which illuminates an illumination area with the object, and the receiving device is designed to receive an echo of the transmission pulse reflected on the object. It is envisaged that the transmitting device transmits transmission pulses with a wavelength that is significantly smaller than the resolving power of the radar system.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zur Abbildung eines Objektes mittels des Radarsystems vorgesehen.According to the invention, a method for imaging an object using the radar system is also provided.

Es ist somit ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass die Wellenlänge der Sendeimpulse kleiner ist als das Auflösungsvermögen des Radarsystems. Damit wird der Speckle-Effekt stark reduziert, wodurch die Bildqualität steigt. Mit der verbesserten Bildqualität lassen sich die Radarbilder einfacher interpretieren.It is therefore an essential aspect of the invention that the wavelength of the transmission pulses is less than the resolving power of the radar system. This greatly reduces the speckle effect, which increases the image quality. With the improved image quality, the radar images are easier to interpret.

Unter Wellenlänge des Sendeimpulses ist die Wellenlänge einer Arbeitsfrequenz des Radarsystems zu verstehen. Sie kann beispielsweise mit einem Frequenzband, wie L-, X-, oder K-Band bezeichnet werden.The wavelength of the transmission pulse is to be understood as the wavelength of an operating frequency of the radar system. For example, it can be referred to as a frequency band, such as L, X, or K band.

Das Auflösungsvermögen des Radarsystems mit synthetischer Antennenapertur hängt von der Ausgestaltung der Sende- und der Empfangseinrichtung ab und ist unter bestimmten Bedingungen bei SAR-Radarsystemen unabhängig von der Wellenlänge des Sendeimpulses und unabhängig von der Entfernung des Radarsystems vom Objekt. Beim Radarsystem handelt es sich bevorzugt um ein hochauflösendes Radarsystem. Bevorzugt liegt dabei das Auflösungsvermögen des Radarsystems im Submeterbereich. Weiter bevorzugt liegt das Auflösungsvermögen des Radarsystems im Subdezimeterbereich.The resolving power of the radar system with a synthetic antenna aperture depends on the design of the transmitting and receiving device and, under certain conditions, is independent of the wavelength of the transmitting pulse and of the distance of the radar system from the object in SAR radar systems. The radar system is preferably a high-resolution radar system. The resolution of the radar system is preferably in the submeter range. The resolution of the radar system is more preferably in the sub-decimeter range.

Ein Objekt, von dem das Radarsystem im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Abbildung erstellt, kann jegliche Art von Objekten sein, beispielsweise ein Gebäude, eine Straße oder einen Baum. Ebenfalls fallen landschaftliche Eigenarten, wie Gebirge, Seen und Meere darunter. Das Objekt kann sich auf der Erdoberfläche befinden oder sich über der Erdoberfläche in der Luft befinden, wobei das Objekt stationär oder bewegt sein kann. Das Objekt muss sich nicht zwingend auf dem Planteten „Erde“ befinden, sondern es kann auf einem beliebigen Himmelskörper sein.An object from which the radar system creates an image in the sense of the present invention can be any type of objects, for example a building, a street or a tree. Landscape peculiarities such as mountains, lakes and seas are also included. The object may be on the surface of the earth or in the air above the surface of the earth, and the object may be stationary or moving. The object does not necessarily have to be on the planet “earth”, but it can be on any heavenly body.

Im Hinblick auf eine gute Bildqualität der Abbildung ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Wellenlänge des Sendeimpulses im Ku- und/oder Ka-Band liegt. Unter Ku- bzw. Ka-Band wird ein Frequenzband im Frequenzbereich von 12-18 GHz, bzw. 27-40 GHz verstanden. Somit ist die Wellenlänge des Sendeimpulses, die im Bereich von 0,75-2,5 cm liegt, deutlich kleiner als das Auflösungsvermögen des Radarsystems. Dies führt zu einer starken Reduktion des Speckle-Effekts, was die Bilder leichter interpretierbar macht.With regard to good image quality of the image, it is provided in a preferred development of the invention that the wavelength of the transmission pulse lies in the K u and / or K a band. The K u or K a band means a frequency band in the frequency range from 12-18 GHz or 27-40 GHz. Thus, the wavelength of the transmission pulse, which is in the range of 0.75-2.5 cm, is significantly smaller than the resolving power of the radar system. This leads to a strong reduction in the speckle effect, which makes the images easier to interpret.

Für eine gleichbleibende Reichweite des Radarsystems werden bei höheren Frequenzen bzw. kleineren Wellenlängen des Sendeimpulses höhere Sendeleistungen benötigt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung eine Sendeantenne mit mehr als einem Sendekanal umfasst, wobei jeder Sendekanal eine Pulserzeugungseinheit zum Erzeugen des Sendeimpulses umfasst. Der Sendeimpuls der Sendeeinrichtung wird von der Pulserzeugungseinheit erzeugt. Die Pulserzeugungseinheit kann zum Beispiel eine DDS-Einheit (direct digital synthesis) sein, die eine direkte digitale Erzeugung des Sendeimpulses erlaubt. Es können auch Pulskompressionsverfahren verwendet werden, um Sendeimpulse auszusenden, die über die Zeit ihre Frequenz ändern (Chirp-Sendeimpulse), oder Frequenzumsetzungen vorgenommen werden. Weiterhin können die Sendekanäle auch mit einem Leistungsverstärker ausgestattet sein. Würde die Sendeantenne nur einen Sendekanal umfassen, würde die hohe Sendeleistung zu Spannungsüberschlägen in den Leistungsführenden Bauteilen führen. Somit wird durch die Ausgestaltung der Sendeeinrichtung als eine Sendeantenne mit mehr als einem Sendekanal ein sicherer Betrieb der Sendeeinrichtung ermöglicht.For a constant range of the radar system, higher transmission powers are required at higher frequencies or smaller wavelengths of the transmission pulse. In a preferred development of the invention it is provided that the transmission device comprises a transmission antenna with more than one transmission channel, each transmission channel comprising a pulse generation unit for generating the transmission pulse. The transmission pulse of the transmission device is generated by the pulse generation unit. The pulse generation unit can be a DDS unit (direct digital synthesis), for example, which allows direct digital generation of the transmission pulse. Pulse compression methods can also be used to send out transmission pulses which change their frequency over time (chirp transmission pulses), or frequency conversions are carried out. Furthermore, the transmission channels can also be equipped with a power amplifier. If the transmission antenna included only one transmission channel, the high transmission power would lead to voltage flashovers in the power-carrying components. The configuration of the transmission device as a transmission antenna with more than one transmission channel thus enables safe operation of the transmission device.

In diesem Zusammenhang ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Pulserzeugungseinheiten derart synchronisiert sind, dass sich eine Leistung der Sendeimpulse nach Abstrahlung durch die Sendeantenne möglichst gut addiert. Dies kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass ein Sendekanal der Sendekanäle als Masterkanal auftritt, auf den sich die anderen Sendekanäle synchronisieren. Ein Steuercomputer kann beispielsweise die DDS-Einheiten der Sendekanäle programmieren. Von den erzeugten Sendeimpulsen können Impuls-Replikate ausgekoppelt werden, wobei das Replikat des Masterkanals als Kalibriersignal an den Steuercomputer zurückgegeben werden kann. Ein Unterschied der anderen Impuls-Replikate zum Sendeimpulse des Masterkanals kann ermittelt werden und dieser Unterschiede kann dazu verwendet werden, um die DDS-Ansteuerung zu verändern. Das ermöglicht eine sehr gute Addition der Sendeimpulsleistung nach Abstrahlung der Sendeimpulse durch die Sendeantenne. Dies erlaubt die effektive Abstrahlung eines Sendeimpulses mit einer deutlich höheren Leistung. Beispielsweise kann die Sendeantenne acht Sendekanäle umfassen, die je einen Sendeimpuls mit einer Leistung von beispielsweise 3,5 kW erzeugen, womit nach Addition der Sendeimpulsleistung nach Abstrahlung eine Sendeleistung von über 25 kW entsteht. Für eine hohe Auflösung des Radarsystems in Entfernungsrichtung ist vorgesehen, dass die Sendeantenne Sendeimpulse mit einer Bandbreite von bis zu 4 GHz aussendet.In this context, it is provided in a preferred development of the invention that the pulse generation units are synchronized in such a way that the power of the transmission pulses after radiation from the transmission antenna is added as well as possible. This can be ensured, for example, by a transmission channel of the transmission channels acting as the master channel to which the other transmission channels synchronize. A control computer can program the DDS units of the transmission channels, for example. Pulse replicas can be coupled out of the generated transmission pulses, the replica of the master channel being Calibration signal can be returned to the control computer. A difference between the other impulse replicas and the transmission impulses of the master channel can be determined and this difference can be used to change the DDS control. This enables a very good addition of the transmit pulse power after the transmit pulses have been emitted by the transmit antenna. This allows the effective emission of a transmission pulse with a significantly higher power. For example, the transmission antenna can comprise eight transmission channels, each of which generates a transmission pulse with a power of, for example, 3.5 kW, which results in a transmission power of over 25 kW after the transmission pulse power has been added after radiation. For a high resolution of the radar system in the distance direction, it is provided that the transmitting antenna sends out transmission pulses with a bandwidth of up to 4 GHz.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeantenne derart ausgestaltet ist, dass der Ausleuchtungsbereich möglichst breit ist. Um Abbildungen es möglichst großen Bereichs zu erzeugen, ist es notwendig, dass ein großer Bereich durch die Sendeantenne ausgeleuchtet wird. Unter Breite des Ausleuchtungsbereichs wird die Ausdehnung rechtwinklig zur Flugrichtung auf der Umlaufbahn verstanden. Hierfür ist die Sendeantenne bevorzugt quer zur Flugrichtung besonders schmal ausgestaltet. Besonders bevorzugt weist die Sendeantenne eine Länge, also die Ausdehnung entlang der Flugrichtung, im Bereich von 8-10 m auf und eine Breite im Zentimeterbereich. Dadurch beträgt die Breite des Ausleuchtungsbereichs bei mittlerem Einfallswinkel am Boden etwa 80-100 km. Durch die Ausgestaltung der Sendeantenne wird der Ausleuchtungsbereich in seiner Länge, also parallel zur Flugrichtung, relativ schmal und beträgt nur wenige Kilometer. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Sendeantenne entlang der Flugrichtung schwenkbar ist, um den Ausleuchtungsbereich entlang der Flugrichtung zu verschieben. So kann der Ausleuchtungsbereich für eine Zeit konstant über einem Gebiet gehalten werden, was beispielsweise im sogenannten SPOT-SAR-Modus angewendet wird. Des Weiteren kann der Ausleuchtungsbereich sich auch entlang der Flugrichtung, allerdings mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Fluggeschwindigkeit, fortbewegen. Dies ist beispielsweise im sogenannten SLIP-SAR Modus der Fall. Der SLIP-SAR Modus ermöglicht eine hohe Auflösung des Radarsystems in Flugrichtung, da bei der Datenprozessierung über einen langen Zeitraum integriert werden kann.In a preferred development of the invention, it is provided that the transmission antenna is configured in such a way that the illumination area is as wide as possible. In order to generate images of the largest possible area, it is necessary for a large area to be illuminated by the transmitting antenna. The width of the illumination area is understood to mean the extent at right angles to the direction of flight on the orbit. For this purpose, the transmitting antenna is preferably configured to be particularly narrow transversely to the flight direction. The transmitting antenna particularly preferably has a length, that is to say the extent along the flight direction, in the range from 8-10 m and a width in the centimeter range. As a result, the width of the illumination area is approximately 80-100 km with a medium angle of incidence on the ground. Due to the design of the transmitting antenna, the length of the illumination area, ie parallel to the direction of flight, is relatively narrow and is only a few kilometers. It is preferably provided that the transmitting antenna can be pivoted along the direction of flight in order to shift the illumination area along the direction of flight. For example, the illumination area can be kept constant over an area for a time, which is used, for example, in the so-called SPOT-SAR mode. Furthermore, the illumination area can also move along the direction of flight, but at a lower speed than the flight speed. This is the case, for example, in the so-called SLIP-SAR mode. The SLIP-SAR mode enables a high resolution of the radar system in the direction of flight, since data processing can be integrated over a long period of time.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Empfangseinrichtung das Echo des Sendeimpulses als analoges Signal an eine Bodenstation überträgt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist hingegen vorgesehen, dass die Empfangseinrichtung des Radarsystems dazu ausgestaltet ist, das reflektierte Echo des Sendeimpulses in ein digitales Signal umzusetzen. Hierzu umfass die Empfangseinrichtung bevorzugt einen Analog-Digital-Umsetzer. Die Umwandlung des analogen Echos in ein digitales Signal bietet den Vorteil, dass das Signal präprozessiert werden kann, wodurch die Datenvolumina verringert werden können. Des Weiteren stehen für die Übertragung des Signals zur Bodenstation andere Frequenzbänder zur Verfügung.In principle, it is possible for the receiving device to transmit the echo of the transmission pulse as an analog signal to a ground station. In a preferred development of the invention, on the other hand, it is provided that the receiving device of the radar system is designed to convert the reflected echo of the transmission pulse into a digital signal. For this purpose, the receiving device preferably comprises an analog-to-digital converter. The conversion of the analog echo into a digital signal offers the advantage that the signal can be preprocessed, as a result of which the data volumes can be reduced. Other frequency bands are also available for the transmission of the signal to the ground station.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Empfangseinrichtung so ausgestaltet ist, dass der Empfangsbereich, von dem Echos empfangen werden können, gleich groß ist wie der Ausleuchtungsbereich. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist aber vorgesehen, dass die Empfangseinrichtung eine phasengesteuerte Empfangsantenne umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass der Empfangsbereich quer zur Flugrichtung kleiner ist als der Ausleuchtungsbereich. Dies hat den Vorteil, dass eine Empfangsantenne mit hohem Antennengewinn eingesetzt werden kann, womit Entfernungsmehrdeutigkeiten senkrecht zur Flugrichtung unterdrückt werden können. Des Weiteren ist es damit nicht notwendig, besonders lange oder schmale Empfangsantennen einzusetzen, was auf Kosten des Signal-zu-Rausch Verhältnisses ginge. Die Länge der Empfangsantenne liegt bevorzugt im Bereich 2-3 m und die Breite bevorzugt bei 1-1,5 m.In principle, it is possible for the receiving device to be designed in such a way that the receiving area from which echoes can be received is of the same size as the illumination area. In a preferred development of the invention, however, it is provided that the receiving device comprises a phase-controlled receiving antenna which is designed in such a way that the receiving area transverse to the direction of flight is smaller than the illumination area. This has the advantage that a receiving antenna with high antenna gain can be used, with which ambiguities in distance can be suppressed perpendicular to the direction of flight. Furthermore, it is not necessary to use particularly long or narrow receiving antennas, which would be at the expense of the signal-to-noise ratio. The length of the receiving antenna is preferably in the range of 2-3 m and the width is preferably 1-1.5 m.

Im Hinblick auf einen möglichst großen Abbildungsstreifen, der vom Radarsystem abgebildet werden kann, ist in einer bevorzugen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Empfangsantenne dazu ausgestaltet ist, Echos von mehreren Objekten aus mehreren Empfangsbereichen im Wesentlichen gleichzeitig zu empfangen. Hierfür kann die Empfangsantenne zwei oder mehr als zwei schmale Antennenkeulen aufweisen, die Echos der mehreren Objekte parallel empfangen können. Dafür können mehrere Beamforming-Netzwerke eingesetzt werden, die mehrere Antennenkeulen gleichzeitig erzeugen, die aus verschiedenen Empfangsbereichen Echos parallel empfangen können. Mit einem Beamforming-Netzwerk kann ein Strahlungsprofil einer Antenne einer beliebig gestalteten geometrischen Kontur anpasst werden. Somit lässt sich der Empfangsbereich vergrößern, ohne die Auflösung zu verringern. Die Beamforming-Netzwerke liefern Datenströme von SAR-Rohdaten, welche bevorzugt den jeweiligen Empfangsbereichen zugeordnet sind. Die Datenströme können anschließend zum Boden übertragen werden, um dort kalibriert und mittels SAR-Prozessoren weiterprozessiert werden.With regard to the largest possible imaging stripe that can be imaged by the radar system, a preferred development of the invention provides that the receiving antenna is designed to receive echoes from several objects from several reception areas essentially simultaneously. For this purpose, the receiving antenna can have two or more than two narrow antenna lobes, which can receive echoes from the plurality of objects in parallel. For this purpose, several beamforming networks can be used, which generate several antenna beams at the same time and which can receive echoes in parallel from different reception areas. With a beamforming network, a radiation profile of an antenna can be adapted to an arbitrarily designed geometric contour. The reception area can thus be enlarged without reducing the resolution. The beamforming networks deliver data streams of SAR raw data, which are preferably assigned to the respective reception areas. The data streams can then be transferred to the ground for calibration and further processing using SAR processors.

In Zusammenhang mit der Erzielung eines möglichst großen Abbildungsstreifens ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Empfangsantenne dazu ausgestaltet ist, den Empfangsbereich innerhalb des Ausleuchtungsbereichs senkrecht zu der Flugrichtung zu verschieben. Diese Technik wird als SCAN on REceive (SCORE) bezeichnet und basiert auf einem Zusammenhang zwischen der Laufzeit des Echos und des Ortes, an dem das Echo durch Reflexion erzeugt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Antennenkeule der Empfangsantenne elektronisch dem jeweiligen Ort der Reflexion des Echos nachgeführt wird. Somit kann mit hohem Antennengewinn und hoher Unterdrückung von Entfernungsmehrdeutigkeiten gearbeitet werden. Dies führt dazu, dass das Radarsystem breite Abbildungsstreifen mit hoher Auflösung abbilden kann. Da der Ausleuchtungsbereich im SPOT-SAR Modus konstant über einem Gebiet ist bzw. sich der Ausleuchtungsbereich im SLIP-SAR Modus mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Fluggeschwindigkeit in Flugrichtung bewegt, ist es bevorzugt, dass die Empfangsantenne sich auch gegen die Flugrichtung synchron mit der Sendeantenne drehen kann. Deswegen ist die Empfangsantenne bevorzugt auch dazu ausgestaltet, den Empfangsbereich gegen die Flugrichtung zu verschieben. Durch die Kombination von SCORE mit dem SLIP-SAR-Modus kann beispielsweise ein Gebiet von 50-100 km Länge (parallel zur Flugrichtung) und 80-100 km Breite (senkrecht zur Flugrichtung) mit hoher Auflösung aufgenommen werden.In connection with the achievement of the largest possible imaging stripe, it is provided in a preferred development of the invention that the receiving antenna is designed to cover the receiving area within the To shift the illumination area perpendicular to the direction of flight. This technique is known as SCAN on REceive (SCORE) and is based on a relationship between the duration of the echo and the location at which the echo is generated by reflection. It can be provided that the antenna lobe of the receiving antenna is electronically tracked to the respective location of the reflection of the echo. It is therefore possible to work with high antenna gain and high suppression of distance ambiguities. This means that the radar system can image wide imaging strips with high resolution. Since the illumination area in SPOT-SAR mode is constantly over an area or the illumination area in SLIP-SAR mode moves at a lower speed than the airspeed in the direction of flight, it is preferred that the receiving antenna also moves synchronously with the transmission antenna against the direction of flight can turn. For this reason, the receiving antenna is preferably also designed to shift the receiving area against the direction of flight. By combining SCORE with the SLIP-SAR mode, for example, an area of 50-100 km in length (parallel to the direction of flight) and 80-100 km in width (perpendicular to the direction of flight) can be recorded with high resolution.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Empfangseinrichtungen vorgesehen, wobei sich die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtungen im Wesentlichen auf der gleichen Umlaufbahn befinden. Es können also eine Mehrzahl von Empfangseinrichtungen vorgesehen sein, die im Wesentlichen auf der gleichen Umlaufbahn vor oder nach der Sendeeinrichtung fliegen. Der Abstand zwischen den Empfangseinrichtungen untereinander ist verglichen zu dem Abstand zwischen der Sendeeinrichtung und den Empfangseinrichtungen gering. Die mehreren Empfangseinrichtungen bilden eine Gruppe, wobei die Empfangseinrichtungen Echos von im Wesentlichen gleichen Empfangsbereichen empfangen. Die Datenströme einer Gruppe können beispielsweise kohärent addiert werden, wodurch die mehreren Empfangseinrichtungen eine lange Empfangsantenne simulieren. Dabei arbeiten die Empfangseinrichtungen als Sparse-Array und können die Erzeugung der räumlichen Auflösung unterstützen. Alternativ können die Datenströme einer solchen Gruppe inkohärent addiert werden, wodurch sich Multilook-Bilder ergeben. Dabei wird der Speckle-Effekt stark reduziert und die Bilder sind leichter interpretierbar. Weiterhin ist es möglich, dass die Empfangseinrichtungen zur Erfassung von Bewegtzielen nach der STAP-Methode (space time adaptive processing) eingesetzt werden. Alle diese Methoden können auch kombiniert angewandt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Empfangseinrichtungen Echos von unterschiedlichen Empfangsbereichen empfangen. Damit können in Kombination mit der SCORE-Methode möglichst breite Abbildungsstreifen abgebildet werden.In a preferred development of the invention, a plurality of receiving devices are provided, the transmitting device and the receiving devices being essentially in the same orbit. A plurality of receiving devices can thus be provided, which essentially fly in the same orbit before or after the transmitting device. The distance between the receiving devices is small compared to the distance between the transmitting device and the receiving devices. The plurality of receiving devices form a group, the receiving devices receiving echoes from substantially the same receiving areas. The data streams of a group can be added coherently, for example, whereby the multiple receiving devices simulate a long receiving antenna. The receiving devices work as a sparse array and can support the generation of the spatial resolution. Alternatively, the data streams of such a group can be added incoherently, resulting in multilook images. The speckle effect is greatly reduced and the images are easier to interpret. It is also possible for the receiving devices to be used for the detection of moving targets according to the STAP method (space time adaptive processing). All of these methods can also be used in combination. There is also the possibility that the receiving devices receive echoes from different reception areas. In combination with the SCORE method, the widest possible image strips can be imaged.

Das Radarsystem kann bestimmte Zonen im Abbildungsstreifen nicht einsehen, die sogenannten Blindzonen. Diese entstehen dadurch, dass zu den Zeitpunkten, zu denen die Sendeimpulse abgestrahlt werden, kein Empfang von amplitudenmäßig sehr kleinen Echos möglich ist. Grundsätzlich ist es möglich, durch Änderung der Pulswiederholfrequenz Einsicht in die Blindzonen zu erhalten. Im Hinblick auf eine lückenlose Abbildung sind in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung aber mehrere Empfangseinrichtungen vorgesehen, wobei sich die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtungen im Wesentlichen auf der gleichen Umlaufbahn befinden, die Empfangseinrichtungen in mindestens zwei Gruppen aufgeteilt sind, wobei der Abstand zwischen der Sendeeinrichtung und der ersten Gruppe ein anderer ist als der Abstand zwischen der Sendeeinrichtung und der zweiten Gruppe.The radar system cannot see certain zones in the imaging strip, the so-called blind zones. These arise from the fact that at the points in time at which the transmission pulses are emitted, it is not possible to receive echoes which are very small in terms of amplitude. In principle, it is possible to view the blind zones by changing the pulse repetition frequency. With a view to complete mapping, however, a plurality of receiving devices are provided in a preferred development of the invention, the transmitting device and the receiving devices being essentially in the same orbit, the receiving devices being divided into at least two groups, the distance between the transmitting device and the the first group is different from the distance between the transmitter and the second group.

Eine Gruppe an Empfangseinrichtungen besteht mindestens aus einer Empfangseinrichtung, kann aber auch mehrere Empfangseinrichtungen umfassen. Wichtig ist, dass der Abstand zwischen der Sendeeinrichtung und der ersten Gruppe an Empfangseinrichtungen ein deutlich anderer ist, als zwischen der Sendeeinrichtung und der zweiten Gruppe an Empfangseinrichtungen. Der Abstand zwischen der Sendeeinrichtung und der ersten Gruppe an Empfangseinrichtungen kann beispielsweise mehrere 100 Meter betragen während der Abstand zwischen der Sendeeinrichtung und der zweiten Gruppe an Empfangseinrichtungen beispielsweise mehrere Kilometer betragen kann. So ist sichergestellt, dass die Blindzonen der ersten Gruppe an Empfangseinrichtungen in einem anderen Bereich entstehen als die Blindzonen der zweiten Gruppe an Empfangseinrichtungen. Die erste Gruppe an Empfangseinrichtungen erhält also Einblick in die Blindzonen der zweiten Gruppe, während die zweite Gruppe Einblick in die Blindzonen der ersten Gruppe erhält. Somit kann durch diese Ausgestaltung des Radarsystems eine lückenlose Abbildung erzeugt werden. Eine zweite Gruppe an Empfangseinrichtung bietet des Weiteren den Vorteil, dass die Redundanz erhöht wird, wodurch Ausfälle besser kompensiert werden können. Weiterhin können mit der zweiten Gruppe an Empfangseinrichtungen vorgetäuschten Ziele (electronic countermeasures, ECM) identifiziert werden, da diese an anderer Position im Bild abgebildet werden.A group of receiving devices consists of at least one receiving device, but can also comprise several receiving devices. It is important that the distance between the transmitting device and the first group of receiving devices is significantly different than that between the transmitting device and the second group of receiving devices. The distance between the transmitting device and the first group of receiving devices can be, for example, several 100 meters, while the distance between the transmitting device and the second group of receiving devices can, for example, be several kilometers. This ensures that the blind zones of the first group of receiving devices arise in a different area than the blind zones of the second group of receiving devices. The first group of receiving devices thus has an insight into the blind zones of the second group, while the second group has an insight into the blind zones of the first group. This configuration of the radar system can therefore be used to produce a complete image. A second group of receiving devices also has the advantage that the redundancy is increased, as a result of which failures can be better compensated for. Furthermore, the second group can be used to identify simulated destinations (electronic countermeasures, ECM) at reception devices, since these are shown in a different position in the image.

Zwecks einfacher Interpretation der Bilder des Radarsystems ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Sendeeinrichtung dazu ausgestaltet ist, Sendimpulse mit zirkularer Polarisation auszusenden, und die Empfangseinrichtung dazu ausgestaltet ist, Echos mit zirkularer Polarisation zu empfangen. Dadurch können Doppelreflexion von Radarsignalen an Objekten unterdrückt werden, was die Interpretierbarkeit der Bilder vereinfacht. Hierfür kann die Empfangseinrichtung zwei linear polarisierte Kanäle aufweisen, wodurch die Zirkularpolarisation im Bild erzeugt werden kann. Weiterhin ermöglichen die linear polarisierten Kanäle die Auswertung von Einfach- und Doppelreflexionen, sowie eine Analyse von linear polarisierten Effekten von Zielen.For the purpose of simple interpretation of the images of the radar system, according to a preferred development of the invention, it is provided that the transmitting device is designed to transmit transmitted pulses with circular polarization, and the receiving device is designed to transmit echoes to receive circular polarization. As a result, double reflection of radar signals on objects can be suppressed, which simplifies the interpretability of the images. For this purpose, the receiving device can have two linearly polarized channels, as a result of which the circular polarization can be generated in the image. Furthermore, the linearly polarized channels enable the evaluation of single and double reflections, as well as an analysis of linearly polarized effects of targets.

Grundsätzlich können die Sende- und Empfangseinrichtung bzw. die Mehrzahl an Empfangseinrichtungen jeweils auf einem Flugzeug angebracht sein. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind hingegen mehrere satellitengetragene Plattformen vorgesehen, wovon eine Plattform mit der Sendeeinrichtung ausgestattet ist und die anderen Plattformen mit je einer Empfangseinrichtung. Es handelt sich beim Radarsystem also um ein satellitengetragenes Radarsystem. Die bevorzugte Flughöhe der Satelliten liegt im Bereich von 500 bis 700 km.In principle, the transmitting and receiving device or the plurality of receiving devices can each be mounted on an aircraft. In a preferred development of the invention, on the other hand, several satellite-borne platforms are provided, one of which is equipped with the transmitting device and the other platforms each with one receiving device. The radar system is therefore a satellite-borne radar system. The preferred altitude of the satellites is in the range of 500 to 700 km.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich ein geosynchroner Satelliten vorgesehen, der Daten von der Empfangseinrichtung erhält und/oder speichert und/oder weiterleitet. Dies ist im Hinblick auf das anfallende Datenvolumen von Vorteil. Zwischen der Empfangseinrichtung bzw. den Empfangseinrichtungen und dem geosynchronen Satelliten kann ein schneller Intersatellitenlink, wie eine schnelle Mikrowellen-Datenverbindung mit einer hohen Übertragungsfrequenz oder ein Laser-Datenlink, vorgesehen sein. Dies ist möglich, da keine Verluste durch atmosphärische Effekte vorhanden sind. Die Daten können auf dem geosynchronen Satelliten zwischengespeichert werden und mit einem Datenlink zu einer Bodenstation übertragen werden. Des Weiteren bietet ein geosynchroner Satellit noch weitere Vorteile. Beispielsweise kann der geosynchrone Satellit ebenfalls eine synthetische Antennenapertur aufweisen und ein großflächiges Gebiet von spezifischem Interesse (Land, Küsten, Wasser etc.) mit moderater Auflösung überwachen. Beispielsweise arbeitet der geosynchrone Satellit bei einer niedrigeren Frequenz als das Radarsystem, beispielsweise im L-Band (1-2 GHz). Dabei kann der geosynchrone Satellit entweder ein größeres Gebiet im Bereich > 1000 × 1000 km2 einmal pro Tag abdecken oder ein etwas kleineres Gebiet im Bereich 500 × 500 km2 quasi-kontinuierlich überwachen und dem Radarsystem spezifische Gebiete von besonderem Interesse melden.According to a preferred development of the invention, a geosynchronous satellite is additionally provided, which receives and / or stores and / or forwards data from the receiving device. This is an advantage in terms of the volume of data. A fast inter-satellite link, such as a fast microwave data link with a high transmission frequency or a laser data link, can be provided between the receiving device or the receiving devices and the geosynchronous satellite. This is possible because there are no losses due to atmospheric effects. The data can be temporarily stored on the geosynchronous satellite and transmitted to a ground station with a data link. A geosynchronous satellite also has other advantages. For example, the geosynchronous satellite can also have a synthetic antenna aperture and monitor a large area of specific interest (land, coast, water, etc.) with moderate resolution. For example, the geosynchronous satellite operates at a lower frequency than the radar system, for example in the L band (1-2 GHz). The geosynchronous satellite can either cover a larger area in the area> 1000 × 1000 km 2 once a day or monitor a somewhat smaller area in the area 500 × 500 km 2 quasi-continuously and report specific areas of particular interest to the radar system.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines bevorzugen Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert.In the following, the invention is explained by way of example with reference to the drawings using a preferred exemplary embodiment.

In der Zeichnung zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung des Radarsystems, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Sendeeinrichtung des Radarsystems aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Empfangseinrichtung des Radarsystems aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Show in the drawing
  • 1 1 shows a schematic representation of the radar system according to a preferred embodiment of the invention,
  • 2 a schematic representation of a transmission device of the radar system 1 according to a preferred embodiment of the invention and
  • 3 a schematic representation of a receiving device of the radar system 1 according to a preferred embodiment of the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Radarsystems 10, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Radarsystem 10 weist eine Sendeeinrichtung 12 mit einer Sendeantenne 14 auf. In der hier bevorzugten Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung 12 an einer satellitengetragenen Plattform 16 angebracht. Weiterhin weist das Radarsystem 10 auf der im Wesentlichen gleichen Umlaufbahn 18 mehrere Empfangseinrichtungen 20 auf, die jeweils mit einer Empfangsantenne 22 ausgestattet sind. Die Sendeeinrichtung 10 sendet einen Sendeimpuls 24 aus, der einen Ausleuchtungsbereich 26 mit einem Objekt 28 ausleuchtet. Der Sendeimpuls 24 wird am Objekt 28 reflektiert und das Echo 30 von den Empfangseinrichtungen 20 empfangen. Die Sendeantenne 14 ist entlang einer Flugrichtung 32 lang und senkrecht zur Flugrichtung 32 schmal. Sie weist in etwa eine Länge von 8-10 m auf und eine Breite im Zentimeterbereich. 1 shows a schematic representation of a radar system 10 , according to a preferred embodiment of the invention. The radar system 10 has a transmitter 12 with a transmitting antenna 14 on. In the preferred embodiment here is the transmission device 12 on a satellite-based platform 16 appropriate. Furthermore, the radar system has 10 in essentially the same orbit 18 several reception facilities 20 on, each with a receiving antenna 22 are equipped. The sending device 10 sends a send pulse 24 out of a lighting area 26 with an object 28 illuminates. The transmission pulse 24 is on the object 28 reflected and the echo 30 from the reception facilities 20 receive. The transmitting antenna 14 is along a flight direction 32 long and perpendicular to the direction of flight 32 narrow. It has a length of about 8-10 m and a width in the centimeter range.

Der Ausleuchtungsbereich 26, der durch die Sendeantenne 14 ausgeleuchtet wird, ist in seiner Ausdehnung senkrecht zur Flugrichtung 32 somit etwa 80-100 km breit und parallel zur Flugrichtung 32 wenige Kilometer lang. Die Empfangsantennen 22 der Empfangseinrichtungen 20 sind etwa 2-3 m lang und 1-1,5 m breit. Der Empfangsbereich 34, von dem Echos 30 empfangen werden können, ist somit kleiner als der Ausleuchtungsbereich 26. Die Empfangseinrichtungen 20 sind in zwei Gruppen 36, 38 aufgeteilt, wobei der Abstand 40 zwischen der ersten Gruppe 36 und der Sendeeinrichtung 12 kleiner ist als der Abstand 42 zwischen der zweiten Gruppe 38 und der Sendeeinrichtung 12.The illumination area 26 by the transmitting antenna 14 is illuminated, its extent is perpendicular to the direction of flight 32 thus about 80-100 km wide and parallel to the direction of flight 32 a few kilometers long. The receiving antennas 22 of the reception facilities 20 are about 2-3 m long and 1-1.5 m wide. The reception area 34 , from the echo 30 can be received, is therefore smaller than the illumination range 26 , The reception facilities 20 are in two groups 36 . 38 split, the distance 40 between the first group 36 and the transmitter 12 is smaller than the distance 42 between the second group 38 and the transmitter 12 ,

Im hier bevorzugten Ausführungsbeispiel fliegt die zweite Gruppe 38 vor der Sendeeinrichtung 12 und die erste Gruppe 36 hinter der Sendeeinrichtung 12. Die Empfangsantennen 22 empfangen Echos 30 mehrerer Empfangsbereiche 34 im Wesentlichen gleichzeitig. Sie tasten also mehrere Streifen A, B, C, D, E, F, G am Boden gleichzeitig ab, wobei die einzelnen Empfangsbereiche 34 nach dem SCORE Prinzip senkrecht zur Flugrichtung 32 verschoben werden. Hierbei empfängt die erste Gruppe an Empfangseinrichtungen 36 nur Echos 30 aus den Empfangsbereichen 34, die den Streifen A, C, E und G zuzuordnen sind, wobei dazwischen Blindzonen 44 verbleiben, von denen keine Echos 30 empfangen werden können. Die zweite Gruppe an Empfangseinrichtungen 38 empfängt nur Echos 30 aus den Empfangsbereichen 34, die den Streifen B, D, und F zuzuordnen sind, wobei ebenfalls dazwischen Blindzonen 46 verbleiben, von denen keine Echos 30 empfangen werden können. Die Blindzonen 44 der ersten Gruppe an Empfangseinrichtungen liegen allerdings in einem anderen Bereich als die Blindzonen 46 der zweiten Gruppe an Empfangseinrichtungen.In the preferred exemplary embodiment, the second group flies 38 in front of the transmitter 12 and the first group 36 behind the transmitter 12 , The receiving antennas 22 receive echoes 30 several reception areas 34 essentially at the same time. So you feel several strips A . B . C . D . e . F . G on the floor at the same time, the individual reception areas 34 according to the SCORE principle perpendicular to the direction of flight 32 be moved. The first group receives reception devices 36 only echoes 30 from the reception areas 34 that the strip A . C . e and G are to be assigned, with blind zones in between 44 remain, of which no echoes 30 can be received. The second group of reception facilities 38 only receives echoes 30 from the reception areas 34 that the strip B . D , and F are to be assigned, with blind zones also in between 46 remain, of which no echoes 30 can be received. The blind zones 44 However, the first group of receiving devices are in a different area than the blind zones 46 the second group of receiving devices.

2 zeigt eine schematische Darstellung der Sendeeinrichtung 12 des Radarsystems 10. Um den Sendeimpuls 24 zu erzeugen, weist die Sendeeinrichtung 12 mehr als einen Sendekanal 48 auf. Jeder Sendekanal 48 weist eine Pulserzeugungseinheit 50 zum Erzeugen des Sendeimpulses 24 auf, im hier bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dies eine DDS-Einheit (direct digital synthesis), welche Chirp-Sendeimpulse erzeugen. Ein Steuercomputer 52 programmiert die DDS-Einheiten 50 der Sendekanäle 48. Die Sendeimpulse 24 werden durch Leistungsverstärker (high power amplifier, HPA) auf einen technologisch machbaren Hochfrequenzleistungslevel gebracht, wobei die DDS-Einheiten 50 eine eventuell notwendige Frequenzumsetzung enthalten können (nicht dargestellt). 2 shows a schematic representation of the transmission device 12 of the radar system 10 , To the transmission pulse 24 to generate, the transmitter device 12 more than one broadcast channel 48 on. Any broadcast channel 48 has a pulse generation unit 50 to generate the transmission pulse 24 on, in the preferred embodiment here, this is a DDS unit (direct digital synthesis), which generate chirp transmission pulses. A control computer 52 programs the DDS units 50 of the broadcast channels 48 , The transmission impulses 24 are brought to a technologically feasible high-frequency power level by high power amplifiers (HPA), whereby the DDS units 50 may contain a necessary frequency conversion (not shown).

Einer der Sendekanäle 48 tritt als Masterkanal 56 auf, auf den sich die anderen Sendekanäle 48 synchronisieren. Von den erzeugten Sendeimpulsen 24 werden Impuls-Replikate ausgekoppelt, wobei das Replikat des Masterkanals 56 als Kalibriersignal an den Steuercomputer 52 zurückgegeben wird, wobei das Impuls-Replikat am Eingang des Steuercomputers 52 digitalisiert wird (nicht dargestellt). Alle anderen Replikate werden einzeln über Magic-Ts 58 zusammengeführt und über Differenzkanäle werden die Unterschiede in den Sendeimpulsen 24 zum Masterkanal 56 ermittelt, hier als Puls-Delta bezeichnet. Diese entstehen durch die herstellungsbedingten Unterschiede in der Frequenztransferfunktion der einzelnen Leistungsverstärker 54, welche sich während des Betriebs ändern können. Die Puls-Deltas werden über eine hier nicht gezeigte Digitalisierung dem Steuercomputer 52 zugeführt und dort in eine Änderung der Ansteuerung der DDS Einheiten 50 der verschiedenen Sendekanäle 48 derart umgesetzt, dass die Puls-Deltas minimiert werden. Das garantiert eine sehr gute Addition der Sendeimpulsleistung nach Abstrahlung durch die Sendeantenne 14.One of the broadcast channels 48 occurs as a master channel 56 on which the other broadcast channels are directed 48 synchronize. From the generated transmission pulses 24 impulse replicas are decoupled, the replica of the master channel 56 as a calibration signal to the control computer 52 is returned, with the impulse replica at the input of the control computer 52 is digitized (not shown). All other replicas are sold individually via Magic-Ts 58 the differences in the transmission pulses are brought together and via difference channels 24 to the master channel 56 determined, referred to here as pulse delta. These arise from the manufacturing-related differences in the frequency transfer function of the individual power amplifiers 54 , which can change during operation. The pulse deltas are sent to the control computer via digitization, not shown here 52 fed and there in a change in the control of the DDS units 50 of the different transmission channels 48 implemented in such a way that the pulse deltas are minimized. This guarantees a very good addition of the transmit pulse power after radiation from the transmit antenna 14 ,

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Empfängereinrichtung 20 des Radarsystems 10 aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Empfangsantenne 22 der Empfangseinrichtung 20 empfängt Echos mehrerer Empfangsbereiche 34 im Wesentlichen gleichzeitig. Die einzelnen Empfangsbereiche 34 werden in einer Richtung 60 senkrecht zur Flugrichtung verschoben und tasten somit mehrere Streifen A, C, E, am Boden gleichzeitig ab. Die dargestellte Empfangseinrichtung 20 gehört also zur ersten Gruppe an Empfangseinrichtungen 36, die nur Echos aus den Empfangsbereichen 34, die den Streifen A, C, E und G zuzuordnen sind empfangen kann. Dazwischen verbleiben die Blindzonen 44, von denen keine Echos empfangen werden können. Damit die Empfangsantenne 22 Echos mehrerer Empfangsbereiche 34 im Wesentlichen gleichzeitig empfangen kann, werden Signale der Erregerelemente der Empfangsantenne 22 (nach Verstärkung und eventueller Frequenzumsetzung) parallel an mehrere Netzwerke, sogenannte Beamforming-Networks 62, gegeben, welche mehrere Empfangskeulen gleichzeitig erzeugen. Die Beamforming-Networks 62 liefern Datenströme von SAR-Rohdaten 64, welche den jeweiligen Empfangsbereichen 34 zugeordnet sind. 3 shows a schematic representation of a receiver device 20 of the radar system 10 out 1 according to a preferred embodiment of the invention. The receiving antenna 22 the receiving device 20 receives echoes from several reception areas 34 essentially at the same time. The individual reception areas 34 be in one direction 60 shifted perpendicular to the flight direction and thus feel several stripes A . C . e , on the ground at the same time. The receiving device shown 20 belongs to the first group of reception facilities 36 that only echo from the reception areas 34 that the strip A . C . e and G can be assigned. The blind zones remain in between 44 from which no echoes can be received. So that the receiving antenna 22 Echoes of multiple reception areas 34 can receive substantially simultaneously, signals of the excitation elements of the receiving antenna 22 (after amplification and possible frequency conversion) in parallel to several networks, so-called beamforming networks 62 , which generate several reception lobes at the same time. The beamforming networks 62 deliver data streams of raw SAR data 64 which the respective reception areas 34 assigned.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Radarsystemradar system
1212
Sendeeinrichtungtransmitting device
1414
Sendeantennetransmitting antenna
1616
Plattformplatform
1818
Umlaufbahnorbit
2020
Empfangseinrichtungreceiver
2222
Empfangsantennereceiving antenna
2424
Sendeimpulstransmission pulse
2626
Ausleuchtungsbereichillumination area
2828
Objektobject
3030
Echoecho
3232
Flugrichtungflight direction
3434
Empfangsbereichreception area
3636
erste Gruppe an Empfangseinrichtungenfirst group of reception facilities
3838
zweite Gruppe an Empfangseinrichtungensecond group of reception facilities
4040
Abstand zwischen erster Gruppe an Empfangseinrichtungen und SendeeinrichtungDistance between the first group of receiving devices and transmitting device
4242
Abstand zwischen zweiter Gruppe an Empfangseinrichtungen und SendeeinrichtungDistance between the second group of receiving devices and transmitting device
4444
Blindzone der ersten Gruppe an EmpfangseinrichtungenBlind zone of the first group of receiving devices
4646
Blindzone der zweiten Gruppe an EmpfangseinrichtungenBlind zone of the second group of receiving devices
4848
Sendekanaltransmission channel
5050
Pulserzeugungseinheit, DDSPulse generation unit, DDS
5252
Steuercomputercontrol computer
5454
Leistungsverstärker, HPAPower amplifier, HPA
5656
MasterkanalMaster channel
5858
Magic TMagic T
6060
Richtung senkrecht zur FlugrichtungDirection perpendicular to the direction of flight
6262
Beamforming NetworkBeamforming Network
6464
SAR-RohdatenSAR raw data

Claims (15)

Radarsystem (10) mit einer synthetischen Antennenapertur (SAR) mit einer Sendeeinrichtung (12) und mindestens einer Empfangseinrichtung (20) zur Abbildung eines Objektes (28), wobei sich die Sendeeinrichtung (12) und die Empfangseinrichtung im Wesentlichen auf der gleichen Umlaufbahn (18) befinden, die Sendeeinrichtung (12) dazu ausgestaltet ist einen Sendeimpuls (24) auszusenden, der einen Ausleuchtungsbereich (26) mit dem Objekt (28) ausleuchtet und die Empfangseinrichtung (20) dazu ausgestaltet ist ein an dem Objekt (28) reflektiertes Echo (30) des Sendeimpulses (24) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (12) Sendeimpulse (24) mit einer Wellenlänge aussendet, die kleiner ist, als ein Auflösungsvermögen des Radarsystems (10).Radar system (10) with a synthetic antenna aperture (SAR) with a transmitting device (12) and at least one receiving device (20) for imaging an object (28), the transmitting device (12) and the receiving device being essentially in the same orbit (18 ), the transmitting device (12) is designed to send out a transmitting pulse (24), which illuminates an illumination area (26) with the object (28) and the receiving device (20) is designed to provide an echo (object) reflected on the object (28) 30) of the transmission pulse (24), characterized in that the transmission device (12) transmits transmission pulses (24) with a wavelength that is smaller than a resolution of the radar system (10). Radarsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Sendeimpulse (24) im Ku- und/oder Ka- Band liegt.Radar system (10) Claim 1 , characterized in that the wavelength of the transmission pulses (24) lies in the K u and / or K a band. Radarsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (12) eine Sendeantenne (14) mit mehr als einem Sendekanal (48) umfasst, wobei jeder Sendekanal (48) eine Pulserzeugungseinheit (50) zum Erzeugen des Sendeimpulses (24) umfasst.Radar system (10) Claim 1 or 2 , characterized in that the transmission device (12) comprises a transmission antenna (14) with more than one transmission channel (48), each transmission channel (48) comprising a pulse generation unit (50) for generating the transmission pulse (24). Radarsystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulserzeugungseinheiten (50) derart synchronisiert sind, dass sich eine Leistung der Sendeimpulse (24) nach Abstrahlung durch die Sendeantenne (14) möglichst gut addiert.Radar system (10) Claim 3 , characterized in that the pulse generation units (50) are synchronized in such a way that a power of the transmission pulses (24) after radiation from the transmission antenna (14) is added as well as possible. Radarsystem (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeantenne (14) derart ausgestaltet ist, dass der Ausleuchtungsbereich (26) möglichst breit ist.Radar system (10) Claim 3 or 4 , characterized in that the transmission antenna (14) is designed such that the illumination area (26) is as wide as possible. Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (20) dazu ausgestaltet ist, das reflektierte Echo (30) des Sendeimpulses (24) in ein digitales Signal umzusetzen.Radar system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device (20) is designed to convert the reflected echo (30) of the transmission pulse (24) into a digital signal. Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (20) eine phasengesteuerte Empfangsantenne (22) umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass der Empfangsbereich (34) kleiner ist als der Ausleuchtungsbereich (26).Radar system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device (20) comprises a phase-controlled receiving antenna (22) which is designed in such a way that the receiving area (34) is smaller than the illumination area (26). Radarsystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantenne (22) dazu ausgestaltet ist Echos (30) von mehreren Objekten (28) aus mehreren Empfangsbereichen (34) im Wesentlichen gleichzeitig zu empfangen.Radar system (10) Claim 7 , characterized in that the receiving antenna (22) is designed to receive echoes (30) from a plurality of objects (28) from a plurality of reception areas (34) substantially simultaneously. Radarsystem (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantenne (22) dazu ausgestaltet ist, den Empfangsbereich (34) innerhalb des Ausleuchtungsbereichs (26) senkrecht zu einer Flugrichtung (32) zu verschieben.Radar system (10) Claim 7 or 8th , characterized in that the receiving antenna (22) is designed to shift the receiving area (34) within the illumination area (26) perpendicular to a direction of flight (32). Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Empfangseinrichtungen (20a, 20b), wobei sich die Sendeeinrichtung (12) und die Empfangseinrichtungen (20a, 20b) im Wesentlichen auf der gleichen Umlaufbahn befinden.Radar system (10) according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of receiving devices (20a, 20b), the transmitting device (12) and the receiving devices (20a, 20b) being essentially in the same orbit. Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Empfangseinrichtungen (20a, 20c), wobei sich die Sendeeinrichtung (12) und die Empfangseinrichtungen (20a, 20c) im Wesentlichen auf der gleichen Umlaufbahn befinden, die Empfangseinrichtungen (20a, 20b) in mindestens zwei Gruppen (36, 38) aufgeteilt sind, wobei ein Abstand (40) zwischen der Sendeeinrichtung (12) und der ersten Gruppe (36) ein anderer ist als ein Abstand (42) zwischen der Sendeeinrichtung (12) und der zweiten Gruppe (38).Radar system (10) according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of receiving devices (20a, 20c), the transmitting device (12) and the receiving devices (20a, 20c) being essentially in the same orbit, the receiving devices (20a, 20b) are divided into at least two groups (36, 38), a distance (40) between the transmission device (12) and the first group (36) being different than a distance (42) between the transmission device (12) and the second group (38). Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Sendeeinrichtung (12) dazu ausgestaltet ist Sendimpulse (24) mit zirkularer Polarisation auszusenden, und die Empfangseinrichtung (20) dazu ausgestaltet ist, Echos (30) mit zirkularer Polarisation zu empfangen.Radar system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting device (12) is designed to transmit pulses (24) with circular polarization, and the receiving device (20) is designed to receive echoes (30) with circular polarization. Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere satellitengetragene Plattformen (16), wovon eine Plattform (16) mit der Sendeeinrichtung (12) ausgestattet ist und die anderen Plattformen (16) mit je einer Empfangseinrichtung (20).Radar system (10) according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of satellite-borne platforms (16), of which one platform (16) is equipped with the transmitting device (12) and the other platforms (16) each with a receiving device (20). Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen geostationären oder geosynchronen Satelliten, der Daten von der Empfangseinrichtung (20) erhält und/oder speichert und/oder weiterleitet.Radar system (10) according to one of the preceding claims, characterized by a geostationary or geosynchronous satellite which receives and / or stores and / or forwards data from the receiving device (20). Radarsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen geosynchronen Satelliten, der neben der Funktion als Daten-Relay-Satellit auch mit einer SAR-Funktion ausgestattet ist und die Objekte (28) in einen sehr großen Bereich am Boden intensiv überwachen kannRadar system (10) according to one of the preceding claims, characterized by a geosynchronous satellite which, in addition to functioning as a data relay satellite, also has a SAR Function is equipped and can monitor the objects (28) intensively in a very large area on the ground
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