DE102021206555A1 - Synthetik-Apertur-Radarverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Synthetik-Apertur-Radarverfahren zur Fernerkundung der Erdoberfläche über eine Radareinrichtung (2) auf einer Plattform (1), die sich in eine Azimut-Richtung (x) über der Erdoberfläche (S) bewegt, wobei die Radareinrichtung (2) eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung ist, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung (2a) zum Aussenden von Radarpulsen (RP1, RP2) darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung (2b) zum Empfang von Radarechos (EC) der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse (RP1, RP2) aus einem Streifen (SW) auf der Erdoberfläche (S) darstellt. Die Radarpulse (RP1, RP2) werden durch die Sendeeinrichtung (2a) in mehreren, ineinander verschachtelten Pulssequenzen (SE1, SE2) mit unterschiedlich langen Pulswiederholintervallen (PRI1, PRI2) ausgesendet. Die Radarechos (EC) werden in aufeinander folgenden Empfangszeiträumen empfangen, wobei die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRI1, PRI2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und deren zeitliche Verschiebung zueinander derart festgelegt sind, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg entsprechende Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der Radarechos (EC) von unterschiedlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) innerhalb des Streifens (SW) in der Range-Richtung (y) nicht miteinander überlappen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Synthetik-Apertur-Radarverfahren zur Fernerkundung der Erdoberfläche über eine Radareinrichtung sowie ein entsprechendes Synthetik-Apertur-Radarsystem.
• Synthetik-Apertur-Radarverfahren, welche auch als SAR-Verfahren bezeichnet werden, ermöglichen die Fernerkundung der Erdoberfläche über die Erfassung von Radarpulsen, die von einer Radareinrichtung auf einer Plattform ausgesendet werden und nach Reflexion an der Erdoberfläche von dieser Radareinrichtung wieder empfangen werden. Die Plattform bewegt sich dabei mit konstanter Geschwindigkeit über der Erdoberfläche in einer sog. Azimut-Richtung, wobei von der Erdoberfläche Streifen mit einer Breite in der sog. Range-Richtung erfasst werden, welche sich senkrecht zur Azimut-Richtung erstreckt. Der Begriff der Erdoberfläche ist im Folgenden weit zu verstehen und kann neben der Oberfläche der Erde auch die Oberfläche eines anderen Himmelskörpers und insbesondere eines Planeten umfassen.
• Bei SAR-Radarverfahren macht man sich die Erkenntnis zunutze, dass aufgrund der bewegten Plattform die gleichen Bereiche der Erdoberfläche aus unterschiedlichen Radarsensorpositionen erfasst werden, wodurch eine Amplituden- und Phaseninformation und schließlich ein Radarbild (auch als SAR-Bild bezeichnet) der Erdoberfläche erhalten werden kann. Es wird somit eine synthetische Apertur in Azimut-Richtung erzeugt.
• Bei SAR-Systemen besteht das Problem, dass die verwendete Radareinrichtung beim Aussenden entsprechender Radarpulse keine Radarechos empfangen kann. Dies kann zur Ausbildung von Lücken in dem erfassten Streifen führen, wobei diese Lücken im Folgenden auch als blinde Bereiche (englisch: blind ranges) bezeichnet werden.
• Solche Lücken sollen in der Regel vermieden werden. Je nach verwendetem Betriebsmodus gibt es hierfür im Stand der Technik verschiedene Strategien. Im Stripmap-Betriebsmodus wird das Pulswiederholintervall der Radarpulse derart groß gewählt, dass die Zeitdauer der empfangenen Radarechos geringer als das Pulswiederholintervall ist und demzufolge keine Radarechos beim Aussenden eines Radarpulses empfangen werden. Dies führt jedoch entweder zu einer sehr groben Auflösung in Azimut-Richtung (bei breiteren Streifen) oder zu einem engeren Streifen (bei feiner Azimut-Auflösung).
• Um die Streifenbreite zu maximieren, wird im sog. ScanSAR-Betriebsmodus der gesamte zu erfassende Streifen in mehrere Substreifen unterteilt, die zyklisch und abwechselnd durch die Radareinrichtung beleuchtet werden. Für jeden dieser Substreifen wird ein geeignetes Pulswiederholintervall gewählt, so dass aus der Kombination aller Substreifen der Gesamtstreifen lückenlos erfasst werden kann. Dieses Verfahren hat jedoch in der Regel eine schlechtere Auflösung als der Stripmap-Betriebsmodus. Ferner hat das Verfahren den Nachteil, dass die Beleuchtung der einzelnen Substreifen regelmäßig unterbrochen wird, was zu Lücken im Dopplerspektrum der erfassten Radarechos führt. Dies resultiert in einer variierenden Intensität in Azimut-Richtung (sog. Scalloping), so dass die Qualität der erfassten SAR-Bilder vermindert ist.
• Darüber hinaus wird zur Vermeidung von blinden Bereichen der sog. Staggered-SAR-Betriebsmodus verwendet, bei dem die Pulswiederholrate der ausgesendeten Radarpulse zyklisch variiert wird, wodurch die blinden Bereiche ihre Positionen in Range-Richtung verändern und somit über die auftretenden Lücken interpoliert werden kann (d.h. über Abtastwerte in der Flugrichtung). Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es zu einem unregelmäßigen Abtastraster in Azimut-Richtung kommt und folglich insgesamt eine höhere Pulswiederholfrequenz benötigt wird, was wiederum zu einer höheren Datenrate führt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Synthetik-Apertur-Radarverfahren und ein entsprechendes Synthetik-Apertur-Radarsystem zu schaffen, welche die Erfassung eines breiten Streifens auf der Erdoberfläche ermöglichen und dabei die oben beschriebenen Nachteile vermeiden.
• Diese Aufgabe wird durch das Synthetik-Apertur-Radarverfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. das Synthetik-Apertur-Radarsystem gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
• In dem erfindungsgemäßen Synthetik-Apertur-Radarverfahren wird die Erdoberfläche über eine Radareinrichtung auf einer Plattform erfasst, wobei sich die Plattform in eine Azimut-Richtung über der Erdoberfläche bewegt. Vorzugsweise befindet sich die Radareinrichtung auf einem Satelliten. Die Radareinrichtung ist dabei eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Radarpulsen darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Radarechos der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse aus einem Streifen der Erdoberfläche darstellt. Dieser Streifen (englisch: swath) weist eine vorgegebene Streifenbreite in einer zur Azimut-Richtung senkrechten Range-Richtung auf.
• In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Radarpulse durch die Sendeeinrichtung in mehreren, ineinander verschachtelten und in diesem Sinne zeitlich miteinander überlappenden Pulssequenzen ausgesendet, wobei in jeder Pulssequenz das Senden der Radarpulse wiederholend basierend auf einem Pulswiederholintervall mit einer festen Zeitlänge erfolgt, wobei jede Pulssequenz der mehreren Pulssequenzen ein Pulswiederholintervall mit einer anderen Zeitlänge als die Zeitlänge der Pulswiederholintervalle der restlichen Pulssequenzen der mehreren Pulssequenzen hat.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem einzelnen Empfangskanal in Azimut oder in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung mit versetzt zueinander angeordneten Azimut-Positionen (d.h. Positionen in Azimut-Richtung) jeweils die Radarechos in aufeinander folgenden, der Streifenbreite entsprechende Empfangszeiträumen empfangen. Die Empfangszeiträume stellen dabei Zeitfenster dar, in denen das Radarecho eines einzelnen Radarpulses über die gesamte Streifenbreite des Streifens empfangen werden kann, so dass die Erfassung des Gesamtstreifens sichergestellt ist.
• In an sich bekannter Weise enthalten die Radarechos von einer jeweiligen Pulssequenz (d.h. jeder Pulssequenz) der mehreren Pulssequenzen an vorgegebenen Range-Positionen innerhalb des Streifens Lücken, die jeweils zu Radarechos gehören, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses nicht empfangbar sind. Dabei gibt es für eine jeweilige Pulssequenz zwei Arten von Lücken, die im Folgenden auch als erste Lücken und zweite Lücken bezeichnet werden. Eine erste Lücke wird dadurch verursacht, dass bei Empfang des Radarechos der entsprechenden Pulssequenz gerade ein Radarpuls der gleichen Pulssequenz ausgesendet wird. Eine zweite Lücke wird dadurch verursacht, dass bei Empfang des Radarechos einer entsprechenden Pulssequenz gerade ein Radarpuls einer anderen Pulssequenz ausgesendet wird. Die zweiten Lücken verändern dabei ihre Range-Position entlang des Streifens in Azimut-Richtung, wohingegen die ersten Lücken immer an der gleichen Range-Position liegen.
• Im Rahmen des Empfangs der Radarechos werden an sich bekannte Verfahren verwendet, um die Radarechos entsprechenden Radarpulsen zuzuordnen. Insbesondere werden mehrere Empfangskeulen, vorzugsweise mit maximaler Strahlungsintensität, in unterschiedlichen Elevationswinkeln genutzt, wobei der Elevationswinkel die Neigung gegenüber der Ebene beschreibt, welche durch die Höhenrichtung (d.h. die Normale auf der Erdoberfläche) und die Azimut-Richtung aufgespannt wird. Die entsprechenden Empfangskeulen können in an sich bekannter Weise über digitale Strahlformung auf zeitlich variante Art ausgebildet werden.
• Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen SAR-Verfahrens besteht in der geeigneten Ausgestaltung der mehreren Pulssequenzen. Dabei sind die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle der mehreren Pulssequenzen und die zeitliche Verschiebung der mehreren Pulssequenzen zueinander derart festgelegt, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg die Lücken der Radarechos von unterschiedlichen Pulssequenzen innerhalb des Streifens in der Range-Richtung nicht miteinander überlappen. Mit andern Worten gibt es in der zeitlichen Sequenz der betrachteten Empfangszeiträume keine Überlappung zwischen Lücken unterschiedlicher Pulssequenzen in der Range-Richtung. Die Lücken unterschiedlicher Pulssequenzen befinden sich somit an unterschiedlichen, nicht überlappenden Range-Positionen (d.h. Positionen in Range-Richtung).
• Mit dem obigen Merkmal wird sichergestellt, dass die Lücken unterschiedlicher Pulssequenzen immer an verschiedenen Range-Positionen liegen, so dass für jede Range-Position immer eine Reihe von Radarechos (über die Flugrichtung) ohne Lücken existiert und somit der Streifen in voller Breite erfasst werden kann. Dabei werden die Nachteile von bekannten SAR-Betriebsmodi vermieden. Insbesondere tritt der oben genannte Scalloping-Effekt nicht auf, da kontinuierlich der gesamte Streifen wie im herkömmlichen SAR-Stripmap-Modus beleuchtet wird. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem ScanSAR-Modus ist die Möglichkeit, eine feinere Azimut-Auflösung zu erzielen. Darüber hinaus ist aufgrund der regelmäßigen Abtastung in den jeweiligen Pulssequenzen kein Azimut-Interpolationsfilter erforderlich, wodurch die Datenprozessierung wesentlich vereinfacht wird. Insbesondere kann ggf. auf eine On-Board-Prozessierung auf der Plattform der Radareinrichtung verzichtet werden, so dass die auf der Plattform mitgeführten Instrumente wesentlich vereinfacht werden können.
• In der detaillierten Beschreibung werden die obigen Bedingungen von nicht überlappenden Lücken unterschiedlicher Radarpulse mathematisch definiert. Es liegt dabei im Rahmen von fachmännischem Handeln, aus diesen Bedingungen geeignete Pulssequenzen abzuleiten, welche die Bedingungen erfüllen.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle der mehreren Pulssequenzen und deren zeitliche Verschiebung zueinander ferner derart festgelegt, dass an jedem Ende der beiden Enden des Streifens in Range-Richtung eine Lücke der Radarechos jeder Pulssequenz der mehreren Pulssequenzen angrenzt und dabei außerhalb des Streifens liegt, wobei die Lücke zu Radarechos der jeweiligen Pulssequenz gehört, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses in der jeweiligen Pulssequenz nicht empfangbar sind. Die Lücke ist somit eine erste Lücke. Mit dieser Ausführungsform wird die größtmögliche Pulswiederholfrequenz für eine vorgegebene Streifenbreite und entsprechende Echodauer gewählt. Dadurch werden große Pulswiederholfrequenzen und damit kleine Pulswiederholintervalle erreicht, wodurch eine sehr gute Azimut-Auflösung gewährleistet wird.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die mehreren Pulssequenzen genau zwei Pulssequenzen, wodurch das Verfahren stark vereinfacht wird. Vorzugsweise gelten dabei die folgenden Bedingungen für die beiden Pulssequenzen: $$N_1\cdot PR{I}_1=N_2\cdot PR{I}_2$$

  

  wobei PRI₁ das Pulswiederholintervall einer der beiden Pulssequenzen ist und PRI₂ das Pulswiederholintervall der anderen der beiden Pulssequenzen ist und wobei N₁ und N₂ ganze positive Zahlen sind, welche teilerfremd sind. D.h., es gibt keine natürliche Zahl außer 1, die N₁ und N₂ teilt.
• Mit dem soeben genannten Kriterium können die erfindungsgemäßen Bedingungen an die Lücken besonders einfach realisiert werden. Dabei wird sichergestellt, dass sich die auftretenden zeitlichen Versätze zwischen benachbarten Radarpulsen unterschiedlicher Pulssequenzen wiederholen. Ferner kann die Sequenzlänge dieser Wiederholung klein gehalten werden.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der soeben beschriebenen Ausführungsform ist die Verschiebung der beiden Pulssequenzen zueinander derart festgelegt, dass der minimale Versatz ungleich Null, der zwischen zwei zeitlich benachbarten Pulsen unterschiedlicher Pulssequenzen auftritt, maximiert ist. Diese maximierten Versätze können von einem Fachmann problemlos bei entsprechend festgelegten Werten für N₁ und N₂ ermittelt werden. Diese Variante der Erfindung weist den Vorteil auf, dass Range-Mehrdeutigkeiten der Radarechos weiter auseinander liegen, wodurch sie besser unterdrückt werden und sich eine bessere Bildqualität ergibt.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, in der mehrere Empfangskanäle in Azimut verwendet werden, ist folgende Bedingung erfüllt: $$\frac{L_{az}}{\text{max}\left(PR{I}_1,PR{I}_2\right)\cdot v_{sat}}=2$$

  

  und $$M_{ch}=max\left(N_1\cdot m;N_2\cdot m\right)$$

  

  wobei L_az die Länge der Empfangseinrichtung in Azimut-Richtung ist;
  wobei M_ch die Anzahl der Empfangskanäle ist;
  wobei v_sat die Geschwindigkeit der Plattform in Azimut-Richtung über der Erdoberfläche ist; und
  wobei m eine ganze positive Zahl ist.
• Mit dieser Bedingung kann bei der Verwendung von mehreren Empfangskanälen und einer Sendeeinrichtung mit einem einzigen Sendekanal (d.h. einem einzigen festen Phasenzentrum) eine äquidistante Abtastung in Azimut-Richtung erreicht werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sendet die Sendeeinrichtung für eine jeweilige Pulssequenz zumindest eines Teils der mehreren Pulssequenzen und vorzugsweise für jede Pulssequenz der mehreren Pulssequenzen Radarpulse aus, welche nur solche Abschnitte des Streifens beleuchten, in denen keine Lücken der jeweiligen Pulssequenz liegen. Auf diese Weise kann die Sendeleistung der Sendeeinrichtung geeignet reduziert werden.
• In einer bevorzugten Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform sendet die Sendeeinrichtung für eine Pulssequenz Radarpulse aus, welche den gesamten Streifen beleuchten, wohingegen die Sendeeinrichtung für jede andere Pulssequenz Radarpulse aussendet, welche nur solche Abschnitte des Streifens beleuchten, in denen keine Lücken der jeweiligen anderen Pulssequenz, jedoch Lücken der einen Pulssequenz liegen.
• In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den Radarechos jeder Pulssequenz der mehreren Pulssequenzen separat SAR-Bilder der Erdoberfläche ermittelt, d.h. es wird separat eine an sich bekannte Stripmap-Prozessierung für jede Pulssequenz durchgeführt. Aus diesen SAR-Bildern wird dann ein gemeinsames SAR-Bild berechnet. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält dieses SAR-Bild keine blinden Bereiche. Die Ermittlung bzw. Berechnung der SAR-Bilder erfolgt vorzugsweise nicht auf der über der Erdoberfläche bewegten Plattform. Vielmehr werden die SAR-Daten zunächst an eine Bodenstation an die Erde übermittelt, in der dann die Prozessierung zur Bestimmung der SAR-Bilder durchgeführt wird.
• Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ein Synthetik-Apertur-Radarsystem mit einer Radareinrichtung auf einer Plattform, die sich (im Betrieb des Radarsystems) in eine Azimut-Richtung über der Erdoberfläche bewegt. Die Radareinrichtung ist eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung, welche im Sendebetrieb einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Radarpulsen darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Radarechos der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse aus einem Streifen auf der Erdoberfläche darstellt. Der Streifen weist dabei eine vorgegebene Streifenbreite in einer zur Azimut-Richtung senkrechten Range-Richtung auf. Das Synthetik-Apertur-Radarsystem bzw. dessen Radareinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens damit durchführbar sind.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines SAR-Systems zur Verdeutlichung der Ausbildung von Lücken in den Radarechos;
• 2 eine schematische Darstellung von zwei ineinander verschachtelten Pulssequenzen von Radarpulsen, die in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden;
• 3 und 4 zwei schematische Darstellungen einer der Pulssequenzen aus 2 zur Verdeutlichung der Ausbildung von blinden Bereichen in den Radarechos dieser Pulssequenz;
• 5 eine schematische Darstellung der anderen Pulssequenz aus 2 zur Verdeutlichung der Ausbildung von blinden Bereichen in den Radarechos dieser Pulssequenz;
• 6 eine schematische Darstellung, welche nochmals die blinden Bereiche in den Radarechos beider Pulssequenzen aus 2 wiedergibt; und
• 7 eine schematische Darstellung, welche zwei Varianten von Strahlungskeulen für im erfindungsgemäßen Verfahren ausgesendete Radarpulse verdeutlicht.
• Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines SAR-Systems erläutert, bei dem über eine Radareinrichtung auf einer Plattform in der Form eines Satelliten Radarpulse auf die Erdoberfläche zu deren Fernerkundung gesendet werden.
• 1 zeigt beispielhaft einen entsprechenden Satelliten 1, der eine Radareinrichtung 2 in der Form einer kombinierten Sende- und Empfangseinrichtung für entsprechende Radarpulse umfasst. Diese Radareinrichtung 2 wird zum Aussenden der Radarpulse im Sendebetrieb betrieben und stellt dann eine Sendeeinrichtung dar, die in 1 mit Bezugszeichen 2a bezeichnet ist. Die von den Radarpulsen an der Erdoberfläche S reflektierten Radarechos werden im Empfangsbetrieb der Radareinrichtung 2 erfasst, so dass die Radareinrichtung im Empfangsbetrieb eine entsprechende Empfangseinrichtung darstellt, die in 1 mit Bezugszeichen 2b bezeichnet ist.
• Der Satellit 1 bewegt sich zusammen mit der Radareinrichtung 2 in der sog. Azimut-Richtung über der Erdoberfläche S. Diese Bewegungsrichtung entspricht in dem in 1 dargestellten Koordinatensystem der x-Richtung. Die Radarpulse werden schräg auf die Erdoberfläche S gesendet. Die y-Richtung des in 1 dargestellten Koordinatensystems repräsentiert die Range-Richtung, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Satelliten 1 verläuft. Die Range-Richtung korreliert mit entsprechenden Schrägentfernungen R, welche Entfernungen zwischen der Radareinrichtung 2 und entsprechenden Punkten auf der Erdoberfläche darstellen.
• Gemäß dem Szenario der 1 soll die Erdoberfläche in einem Streifen SW erfasst werden, der sich entlang der Azimut-Richtung erstreckt und eine vorgegebene Breite B in Range-Richtung aufweist. Die Enden des Streifen SW in Range-Richtung werden dabei durch die Entfernungen R_min und R_max repräsentiert. Über die Erfassung von Radarechos aus diesem Streifen können mit an sich bekannter SAR-Prozessierung entsprechende SAR-Bilder der Erdoberfläche ermittelt werden. Das Prinzip der SAR-Prozessierung beruht dabei darauf, dass jeweilige Punkte auf der Erdoberfläche mehrfach aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgrund der Bewegung des Satelliten 1 erfasst werden. Aufgrund des Doppler-Effekts kommt es bei der Erfassung der Radarechos zu einer Frequenzverschiebung, die geeignet ausgewertet werden kann, wodurch Amplituden- und Phaseninformationen der an der Oberfläche reflektierten Radarpulse erhalten werden und hierdurch entsprechende Bildinformationen gewonnen werden können.
• Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Betriebsarten von SAR-Systemen bekannt. In 1 ist beispielhaft eine Stripmap-ähnliche Aufnahme über einen (für den konventionellen Stripmap-Modus zu breiten) Streifen mit einem sog. HRWS-Stripmap-Betriebsmodus (HRWS = High-Resolution Wide-Swath) gezeigt. Die in diesem Betriebsmodus ausgesendeten Radarpulse sind in 1 mit RP bezeichnet und werden wiederholend basierend auf einem festen Pulswiederholintervall PRI ausgesendet. Wie man aus 1 erkennt, sollen die Radarechos EC ausgewertet werden, die in dem Zeitraum 2/c·R_min bis 2/c·R_max in der Radareinrichtung 2 ankommen und der Breite B des Streifens SW entsprechen.
• Dabei besteht das Problem, dass während des Empfangs der entsprechenden Radarechos EC wieder ein Radarpuls RP ausgesendet wird, was aus dem untersten Diagramm der 1 ersichtlich ist. Da die kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung 2 nicht gleichzeitig Senden oder Empfangen kann, werden zu dem Zeitpunkt, zu dem ein entsprechender Radarpuls RP ausgesendet wird, keine Radarechos aus dem Streifen SW empfangen, was zu der Ausbildung von Lücken bzw. blinden Bereichen BR in dem erfassten Streifen SW führt. Die blinden Bereiche sind durch entsprechende Schraffuren in 1 angedeutet. Solche blinde Bereiche treten im sog. SAR-Stripmap-Betriebsmodus nicht auf, denn dort ist sichergestellt, dass ein Radarpuls erst dann ausgesendet wird, wenn alle relevanten Radarechos bereits empfangen wurden. Dieser Betriebsmodus hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass nur Streifen mit geringer Breite erfasst werden können, was im HRWS-Stripmap-Betriebsmodus nicht der Fall ist.
• Durch verschiedene bekannte SAR-Betriebsmodi können auch Informationen zu den oben beschriebenen blinden Bereichen gewonnen werden. D.h., die SAR-Bilder können über die gesamte Breite B gewonnen werden. Im ScanSAR-Betriebsmodus werden aufeinander folgend sog. Bursts aus einer Vielzahl von Radarpulsen mit unterschiedlichen Pulswiederholraten ausgesendet. Die Bursts beleuchten jeweils unterschiedliche Teilstreifen des zu erfassenden Streifens SW. Da sich die Lage der blinden Bereiche zwischen den Bursts unterscheiden, können Informationen aus allen Bereichen des Streifens gewonnen werden. Der ScanSAR-Betriebsmodus führt jedoch zu einer schlechten Azimut-Auflösung und erfordert eine aufwändige Prozessierung.
• Ferner ist der Staggered-SAR-Betriebsmodus bekannt, bei dem das Pulswiederholintervall der ausgesendeten Radarpulse schnell zyklisch variiert wird, was zu einer kontinuierlichen Veränderung der Lage der blinden Bereiche führt, so dass über Interpolation in der Azimut-Richtung auch Informationen aus entsprechenden blinden Bereichen gewonnen werden können. Nachteilig ist dabei die unregelmäßige Abtastung in Azimut-Richtung aufgrund der Variation der Pulswiederholintervalle. Als Folge wird eine höhere mittlere Pulswiederholrate benötigt, denn eine erfolgreiche Interpolation erfordert prinzipiell eine gewisse Korrelation bzw. Redundanz zwischen den Abtastwerten in der Flugrichtung. Die höhere mittlere Pulswiederholrate führt wiederum zu einer hohen Datenrate.
• In Abweichung von den oben beschriebenen Ansätzen werden in einem SAR-System, das analog zu 1 eine Sende- und Empfangseinrichtung 2 auf einem Satelliten 1 umfasst, die Radarpulse in zumindest zwei ineinander verschachtelten Pulssequenzen mit unterschiedlicher Pulswiederholrate und entsprechender Verschiebung zwischen die Pulssequenzen ausgesendet, wobei die Pulswiederholrate jedoch für jede Pulssequenz konstant ist. Die Pulswiederholraten und die Verschiebung der Pulssequenzen ist dabei derart gewählt, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume der entsprechenden Radarechos hinweg die blinden Bereiche der Radarechos von der einen Pulssequenz immer an einer anderen Stelle in Range-Richtung als die blinden Bereiche der anderen Pulssequenz liegen.
• 2 zeigt beispielhaft eine Variante von zwei ineinander verschachtelten Pulssequenzen, die in der hier beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden. Die entlang der Zeitachse t ausgesendeten Radarpulse sind durch Balken wiedergegeben. Die weißen Balken repräsentieren dabei Radarpulse RP1, die zu einer ersten Pulssequenz SE1 gehören und mit dem konstanten Pulswiederholintervall PRI₁ ausgesendet werden. Demgegenüber repräsentieren die schraffierten Balken Radarpulse RP2 einer zweiten Pulssequenz SE2, die ein kleineres Pulswiederholintervall PRI₂ aufweist. Die Pulse von beiden Sequenzen haben dabei die identische Pulslänge τ_p . In der Momentaufnahme der 2 ist der zeitlich früheste Puls RP1 der ersten Pulssequenz SE1 um Δp gegenüber dem benachbarten Puls RP2 der zweiten Pulssequenz SE2 versetzt. In allen nachfolgend beschriebenen Figuren sind die Radarpulse RP1 der ersten Pulssequenz durch weiße Balken und die Radarpulse RP2 der zweiten Radarpulse durch schraffierte Balken angedeutet
• In der Ausführungsform der 2 gelten folgende Bedingungen: $$N_1\cdot PR{I}_1=N_2\cdot PR{I}_2,$$

  

  wobei N₁ und N₂ positive ganze Zahlen darstellen, welche teilerfremd sind. Konkret wurde dabei in 2 N₁ = 2 und N₂ = 3 gewählt. Ferner gilt $\mathrm{\Delta }p=\frac{PR{I}_1-PR{I}_2}{3}.$

  
• Bei der Erfassung der SAR-Signale gibt es eine minimale Nyquist-Azimut-Abtastrate, durch die ein maximales Pulswiederholintervall PRI_Nyq bestimmt ist. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Streifenbreite größer als dieses Pulswiederholintervall ist, d.h. es gilt $\frac{2}{c}\cdot \left(R_{max}-R_{min}\right)>PR{I}_{Nyq}.$

  

  Entsprechend der Darstellung der 2 werden die Pulse der ersten Pulssequenz zu den Zeitpunkten $\left(-\frac{{\tau }_p}{2}\le t_1\left[m\right]\le \frac{{\tau }_p}{2}\right)$

  

  $$

  

  ausgesendet, wohingegen die Pulse der zweiten Pulssequenz zu den Zeitpunkten t₁[m] ausgesendet werden, wobei m einen ganzzahligen Index bezeichnet.
• Nimmt man an, dass t = 0 das Zentrum eines gesendeten Pulses ist, so ist dessen Sendezeitintervall gegeben durch $\left(-\frac{{\tau }_p}{2}\le t_{tx}\le \frac{{\tau }_p}{2}\right).$

  

  Zu einem entsprechenden Empfangszeitpunkt t_rx werden von diesem Puls Radarechos von Streuern auf der Erdoberfläche aus dem Entfernungsbereich $\frac{c}{2}\cdot \left(t_{rx}-\frac{{\tau }_p}{2}\right)<R_0<\frac{c}{2}\cdot \left(t_{rx}+\frac{{\tau }_p}{2}\right)$

  

  gleichzeitig empfangen.
• Wenn ein Empfang von Radarechos zu den Zeitpunkten t_a ≤ t_rx ≤ t_b aufgrund eines gerade ausgesendeten Radarpulses nicht möglich ist, sind entsprechende Entfernungen im Bereich $\frac{c}{2}\cdot \left(t_a-\frac{{\tau }_p}{2}\right)<R_0<\frac{c}{2}\cdot \left(t_b+\frac{{\tau }_p}{2}\right)$

  

  betroffen. In diesem Entfernungsbereich gehen Teile des Pulses verloren und die volle Auflösung ist nicht mehr erreichbar. Diese Bereiche sind die oben genannten Lücken bzw. blinden Bereiche.
• Für eine einzelne Pulssequenz mit dem Pulswiederholintervall PRI sind die relevanten Empfangsabbruchzeiten gegeben durch $t_a=n\cdot PRI-\frac{{\tau }_p}{2}-{\tau }_{guard}$

  

  t_a und t_b=n. PRI + $PRI+\frac{{\tau }_p}{2}+{\tau }_{guard},$

  

  wobei τ_guard ein Schutzintervall ist, das deutlich kleiner als τ_p ist und gegebenenfalls auch auf Null gesetzt werden kann. Dementsprechend liegen die Lücken im Range-Bereich $\frac{c}{2}\cdot \left(n\cdot PRI-{\tau }_p-{\tau }_{guard}\right)<R_0<\frac{c}{2}\cdot \left(n\cdot PRI+{\tau }_p+{\tau }_{guard}\right).$

  

  $$

  
• Gemäß den Pulssequenzen der 2 entstehen blinde Bereiche für die erste Sequenz SE1 zentriert bei den Entfernungen $R_{11}\left(n\right)=\frac{c}{2}\cdot n\cdot PR{I}_1$

  

  und für die zweite Sequenz SE 2 zentriert bei den Entfernungen $R_{22}\left(n\text{'}\right)=\frac{c}{2}\cdot n\text{'}\cdot PR{I}_2.$

  

  Diese Lücken bzw. blinden Bereiche werden im Folgenden auch als Co-Lücken bezeichnet und entsprechen den ersten Lücken im Sinne der Patentansprüche. Sie werden durch das Senden eines Radarpulses in der gleichen Pulssequenz wie das empfangene Radarecho verursacht (Sendezeitpunkte t₁[m]). Bei mehreren Pulssequenzen gibt es noch weitere Lücken bzw. blinde Bereiche, die im Folgenden als Cross-Lücken bezeichnet werden und den zweiten Lücken im Sinne der Patentansprüche entsprechen. Diese werden dadurch verursacht, dass beim Empfang eines Radarpulses der einen Sequenz gerade ein Radarpuls der anderen Sequenz ausgesendet wird (Sendezeitpunkte t₂[m']. Im Unterschied zu den Co-Lücken werden die Entfernungen dieser Cross-Lücken im Folgenden mit R₁₂ und R₂₁ bezeichnet. R₁₂ bezieht sich dabei auf eine Cross-Lücke für ein empfangenes Radarecho der ersten Sequenz, die durch Aussenden eines Radarpulses der zweiten Sequenz verursacht wurde. Demgegenüber bezieht sich R₂₁ auf eine Cross-Lücke des empfangenen Radarechos der zweiten Sequenz, die durch ein Senden eines Radarpulses der ersten Sequenz verursacht ist.
• Bezieht man sich auf die erste Sequenz SE1 als Referenz, liegen die Co-Lücken und Cross-Lücken für entsprechende Radarechos der ersten Sequenz an folgenden Positionen, wobei die Entfernungen immer ausgehend von dem Rand R_min des erfassten Streifens SW abzüglich dem mit der Pulslänge τ_p korrespondierenden Entfernungswert gemessen werden: $$R_{11}\left(n\right)=\frac{c}{2}\cdot n\cdot PR{I}_1\left(\text{proportional zu }{t}_1\left[n_0+n\right]-t_1\left[n_0\right]\right)$$

  

  $$R_{12}\left(k,m\right)=\frac{c}{2}\cdot \left(\mathrm{\Delta }p+k\cdot PR{I}_2-m\cdot PR{I}_1\right)\left(\text{proportional zu }{t}_2\left[k\right]-t_1\left[m\right]\right).$$

  
• Dabei sind nur Indizes $\lfloor \frac{2\cdot R_{min}}{c\cdot PR{I}_1}\rfloor -n_0\le n\le \lfloor \frac{2\cdot R_{max}}{c\cdot PR{I}_1}\rfloor -n_0$

  

  relevant, für die gilt $$R_{min}\le R_{11}\left(n+n_0\right)\le R_{max}.$$

  

  n₀ bezeichnet dabei die Anzahl der sog. „Travelling Pulses“, die ausgesendet werden, bis das Echo eines Radarpulses, das vom Anfang des Streifens SW an der Position R_min stammt, in der Radareinrichtung empfangen wird. D.h., es gilt $n_0=\lfloor \frac{2\cdot R_{min}}{c\cdot PR{I}_1}\rfloor .$

  

  Mit anderen Worten bedeutet obige Bedingung, dass alle relevanten Co-Lücken diejenigen sind, die innerhalb des erfassten Streifens SW liegen.
• In gleicher Weise sind nur solche Indizes k, m relevant, die im erfassten Streifen SW liegen, d.h. für diese Indizes gilt folgende Bedingung: $$R_{min}\le R_{12}\left(k,m\right)\le R_{max}.$$

  
• Ein Teil der Entfernungen R₁₁ und R₁₂ ist in 3 beispielhaft für einen Streifen SW der Breite B veranschaulicht. Man erkennt dabei die gesendeten Radarpulse, welche die Lücken innerhalb des Streifens verursachen. Ferner ist schematisch die Anzahl der Travelling Pulses n₀ als Abstand zwischen einem ursprünglich gesendeten schraffierten Radarpuls und dem benachbart zum Rand R_min liegenden Radarpuls wiedergegeben. In 3 sind die Entfernungen für n = 1, 2 sowie k = 0,1, 2 und m = 0 angegeben. Die einzelnen Entfernungen sind in 3 und auch in den weiteren 4 bis 6 benachbart zu jeweiligen gestrichelten Linien angeordnet, die die entsprechende Position für die Entfernung angeben.
• 4 zeigt ergänzend eine Darstellung, welche neben den in 3 gezeigten Entfernungen für den Referenzpuls mit m = 0 (Diagramm DI1 der 4) auch die entsprechenden Entfernungen für den Referenzpuls mit m = 1 wiedergibt (Diagramm DI2). Wie man aus dem Vergleich der Diagramme DI1 und DI2 erkennt, verändern durch die unterschiedlichen Pulswiederholintervalle PRI₁ und PRI₂ die Cross-Lücken ihre Range-Position entlang des entsprechenden Streifens SW in Azimut-Richtung, wohingegen die Co-Lücken ihre Position beibehalten.
• In Analogie zu der ersten Sequenz SE1 ergeben sich Co-Lücken für die zweite Sequenz SE2 als Referenz an folgenden (zentralen) Positionen: $$R_{22}\left(n\text{'}\right)=\frac{c}{2}\cdot n\text{'}\cdot PR{I}_2.$$

  
• Die Cross-Lücken für die zweite Sequenz sind ferner bei folgenden Entfernungen zentriert: $$R_{21}\left(k\text{'},m\text{'}\right)=\frac{c}{2}\cdot \left(k\text{'}\cdot PR{I}_2-\mathrm{\Delta }p-m\text{'}\cdot PR{I}_2\right).$$

  
• Dabei ist in Analogie zur obigen Beschreibung nur eine begrenzte Anzahl von Indizes $\lfloor \frac{2\cdot R_{min}}{c\cdot PR{I}_2}\rfloor -n_0^{\text{'}}\le n\text{'}\le \lfloor \frac{2\cdot R_{max}}{c\cdot PR{I}_2}\rfloor -n_0^{\text{'}}$

  

  relevant, für die gilt: $R_{min}\le R_{11}\left(n\text{'}+n_0^{\text{'}}\right)\le R_{max}.$

  

  $$$$

  
• Ferner sind nur Indizes k', m' relevant, für die gilt: $$R_{min}\le R_{21}\left(k\text{'},m\text{'}\right)\le R_{max}.$$

  
• Hier bezeichnet $n_0^{\text{'}}=\lfloor \frac{2\cdot R_{min}}{c\cdot PR{I}_2}\rfloor$

  

  die Anzahl der Travelling Pulses für die zweite Pulssequenz.
• Entsprechende Co-Lücken und Cross-Lücken für die zweite Pulssequenz sind in der Darstellung der 5 für die Referenzpulse m' = 0 (Diagramm DI1'), m' = 1 (Diagramm DI2') und m' = 2 (Diagramm DI3') wiedergegeben. Wie man wieder anschaulich erkennt, verändern sich die Range-Positionen der Cross-Lücken zwischen den Diagrammen (d.h. in Azimut-Richtung), wohingegen die Co-Lücken immer an den gleichen Range-Positionen liegen.
• Für die anhand von 2 bis 5 verdeutlichten Pulssequenzen ist das erfindungsgemäße Kriterium erfüllt, wonach Co-Lücken und Cross-Lücken von unterschiedlichen Pulssequenzen immer an unterschiedlichen Range-Positionen innerhalb des Streifens SW liegen, was weiter unten nochmals anhand von 6 erläutert wird. Im Folgenden wird angegeben, wie das erfindungsgemäße Kriterium allgemeingültig beschrieben werden kann, wobei ohne Beschränkung der Allgemeinheit von zwei Pulssequenzen ausgegangen wird und weiterhin die oben beschriebenen Variablen verwendet werden.
• Allgemein muss gewährleistet werden, dass, obwohl jede Sequenz von Radarpulsen blinde Bereiche hat, die blinden Bereiche von beiden Sequenzen keine Überlappung zeigen. Unter anderem muss somit für die Co-Lücken folgende Bedingung gelten: $$\begin{array}{l}\left|R_{11}\left(n\right)-R_{22}\left(n\text{'}\right)\right|>\frac{c}{2}\cdot {\tau }_p+{\tau }_{guard},\text{ f}\ddot{\text{u}}\text{r alle relevanten }\lfloor \frac{2\cdot R_{min}}{c\cdot PR{I}_1}\rfloor \le n+n_0\le \\ \lfloor \frac{2\cdot R_{max}}{c\cdot PR{I}_1}\rfloor \text{ und }\lfloor \frac{2\cdot R_{min}}{c\cdot PR{I}_2}\rfloor \le n\text{'}-n_0^{\text{'}}\le \lfloor \frac{2\cdot R_{max}}{c\cdot PR{I}_2}\rfloor .\end{array}$$

  
• Diese Bedingung kann im Falle von identischen Pulswiederholraten für beide Sequenzen, d.h. PRI₁ = PRI₂ nicht erfüllt werden, da dann R₁₁ (n) = R₂₂ (n') gilt. Somit ist PRI₁ ≠PRI₂ zwingend erforderlich, damit keine Überlappung entsteht.
• Darüber hinaus müssen auch Überlappungen zwischen den Co-Lücken der einen Sequenz mit den Cross-Lücken der anderen Sequenz sowie Überlappungen zwischen den Cross-Lücken beider Sequenzen vermieden werden. Diese Bedingung kann durch folgende Gleichungen repräsentiert werden: $$\left|R_{11}\left(n\right)-R_{21}\left(k\text{'},m\text{'}\right)\right|>\frac{c}{2}\cdot \left({\tau }_p+{\tau }_{guard}\right)$$

  

  $$\left|R_{12}\left(k,m\right)-R_{22}\left(n\text{'}\right)\right|>\frac{c}{2}\cdot \left({\tau }_p+{\tau }_{guard}\right)$$

  

  $$\left|R_{12}\left(n,m\right)-R_{21}\left(k\text{'},m\text{'}\right)\right|>\frac{c}{2}\cdot \left({\tau }_p+{\tau }_{guard}\right)$$

  
• Die obigen Bedingungen müssen für alle Indizes n, m, k, n', m', k' gelten, für welche die korrespondierenden Entfernungen in dem erfassten Streifen von Interesse liegen (d.h. R_min ≤ R_ij ≤ R_max), so dass die Erfassung für Pulse in demselben Hochfrequenz-Bereich (d.h. für Chirps mit demselben Träger und derselben Bandbreite) ein Mosaik über Range ermöglicht.
• Hierfür sind mehrere Lösungen möglich, wobei in 3 bis 5 eine mögliche Lösung angegeben ist. Weitere Lösungen können durch den Fachmann problemlos unter Berücksichtigung der obigen Bedingungen mit entsprechenden mathematischen Methoden ermittelt werden.
• Eine besonders bevorzugte Lösung liegt dann vor, wenn T₁₂ = N₁ ·PRI₁ = N₂ ·PRI₂ gilt. Dabei sind N₁ und N₂ positive ganze Zahlen, die teilerfremd sind, d.h. es gibt keine natürliche Zahl außer 1, die sowohl N₁ als auch N₂ teilt.
• Wenn obige Bedingung gegeben ist, muss gleichzeitig folgende Bedingung erfüllt sein: $$T_{12}>\frac{2}{c}\cdot \left(R_{max}-R_{min}\right).$$

  
• Nur dann kommt es nicht zur Überlappung zwischen Lücken unterschiedlicher Pulssequenzen. Dabei können PRI₁, N₁ und N₂ in Abhängigkeit der Enden der Streifen, d.h. in Abhängigkeit von R_min und R_max, so angepasst werden, dass das Radarecho des Streifens genau zwischen N₁ Co-Lücken empfangen wird. Eine solche Variante ist auch in der obigen Ausführungsform gemäß 3 bis 5 gezeigt.
• 6 verdeutlicht nochmals die Lage der Co-Lücken und Cross-Lücken in den entsprechenden Pulssequenzen SE1 und SE2 gemäß der Ausführungsform aus 2 bis 5. Das Piktogramm PI1 der 1 bezieht sich dabei auf die Pulssequenz SE1, wobei dort Co-Lücken durch weiße Balken angedeutet sind und mit BR1 bezeichnet sind, wohingegen Cross-Lücken durch Balken mit Schraffur repräsentiert werden und mit Bezugszeichen BR2 bezeichnet sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden die Bezugszeichen BR1 und BR2 nur für einen Teil der dargestellten Balken verwendet. Wie man aus dem Piktogramm PI1 erkennt, variieren die Range-Positionen der Cross-Lücken in Azimut-Richtung, wohingegen sich die Range-Positionen der Co-Lücken nicht verändern. Aus dem Piktogramm PI1 wird ferner ersichtlich, dass sich das Muster der Anordnung der Lücken nach jedem zweiten Puls wiederholt, was auch durch den Pfeil P1 angedeutet ist.
• Das Piktogramm PI2 der 6 zeigt die Co-Lücken und Cross-Lücken für die zweite Pulssequenz SE2. Die Co-Lücken sind dort mit BR1' und die Cross-Lücken mit BR2' bezeichnet. Die Co-Lücken sind nunmehr als schraffierte Balken wiedergegeben, wohingegen die Cross-Lücken weiße Balken sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist wiederum nur ein Teil der Lücken mit entsprechenden Bezugszeichen BR1' bzw. BR2' versehen. Auch für die zweite Pulssequenz variieren die Range-Positionen der Cross-Lücken in Azimut-Richtung. Im Unterschied zur ersten Pulssequenz tritt das gleiche Pulsmuster nunmehr nach jedem dritten Radarpuls wieder auf, was durch den Pfeil P2 angedeutet ist.
• Aus 6 wird ferner ersichtlich, dass die Überlagerung der beiden Piktogramme nicht dazu führt, dass in der Range-Richtung y innerhalb des Streifens SW Lücken der ersten Pulssequenz mit Lücken der zweiten Pulssequenz überlappen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der gesamte Streifen lückenfrei wiederhergestellt werden kann, da im Falle, dass in einer Pulssequenz eine Lücke auftritt, in der anderen Pulssequenz keine Lücke vorhanden ist und somit entsprechende Radarechos empfangbar sind.
• In der Beschreibung der vorangegangenen Ausführungsform wurde angenommen, dass Radarechos in einem einzelnen Kanal in Azimut empfangen werden. Ferner ist Voraussetzung des oben beschriebenen Verfahrens, dass die Radarechos über mehrere Empfangskeulen mit unterschiedlichen Elevationswinkeln empfangen werden, um Range-Mehrdeutigkeiten aufgrund des gleichzeitigen Empfangs von Radarechos für unterschiedliche Radarpulse zu verhindern.
• Das oben beschriebene Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung eines einzelnen Azimut-Kanals beschränkt. Gegebenenfalls können die Radarpulse auch über mehrere Azimut-Kanäle, d.h. gleichzeitig an unterschiedlichen Empfangspositionen in Azimut-Richtung, empfangen werden. Durch geeignete Wahl der Azimut-Kanäle kann dabei auch eine vorteilhafte äquidistante Abtastung der SAR-Signale erreicht werden.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ferner angenommen, dass die Radarpulse immer mit der gleichen Empfangskeule ausgesendet werden, die den gesamten zu erfassenden Streifen abdeckt. Dies ist jedoch nicht zwangsläufig erforderlich. Vielmehr ist es auch möglich, dass die Radarpulse der ersten Sequenz andere Streifen als die Radarpulse der zweiten Sequenz erfassen, wobei die Radarpulse zumindest einer Sequenz und ggf. jeder Sequenz nur solche Abschnitte aus dem Streifen erfassen, in denen sich keine Co-Lücken bzw. Cross-Lücken der entsprechenden Sequenz befinden, sofern weiterhin SAR-Daten für die gesamte Streifenbreite erhalten werden.
• 7 verdeutlicht zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiden oben beschriebenen Pulssequenzen SE1 und SE2. In dem Piktogramm PI1' der 7 sind die blinden BR1 und BR2 für die erste Pulssequenz SE1 im erfassten Streifen SW wiedergegeben, wobei mit der Sendekeule T1 der Sendeeinrichtung der gesamte Streifen erfasst wird. In Piktogramm PI2' sind die blinden Bereiche für die zweite Pulssequenz SE2 wiedergegeben, wobei eine Variante dargestellt ist, bei der mit der Strahlungskeule T2 der Sendeeinrichtung der gesamte Streifen abgedeckt wird. In dem Piktogramm PI2' sind ferner durch schraffierte Abschnitte A Bereiche aus dem Streifen wiedergegeben, in denen sich die blinden Bereiche der ersten Pulssequenz befinden.
• Nur für diese schraffierten Abschnitte liegen in der ersten Pulssequenz keine Daten zu Radarechos vor. Demzufolge kann die Sendekeule für die zweite Pulssequenz so eingestellt werden, dass diese nur die schraffierten Abschnitte A erfasst. Dies ist in dem Piktogramm PI3' wiedergegeben. Wie man dort erkennt, strahlt die Sendeeinrichtung in drei separaten Teilsendekeulen T2' Radarpulse für die zweite Pulssequenz nur hin zu den schraffierten Abschnitten A ab. Dies hat den Vorteil, dass weniger Sendeleistung für das Aussenden der Radarpulse benötigt wird.
• Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird ein SAR-Verfahren geschaffen, mit dem ein Streifen mit großer Breite und hoher Azimut-Auflösung erfasst werden kann und dabei die Nachteile konventioneller Betriebsmodi vermieden werden. Insbesondere tritt kein Scalloping-Effekt auf, der im ScanSAR-Betriebsmodus zu einem variierenden Signal-Rausch-Verhältnis im SAR-Bild führt. Darüber hinaus ist durch die Verwendung von festen Pulswiederholraten eine regelmäßige Abtastung in Azimut gewährleistet, so dass keine Azimut-Interpolationsfilter benötigt werden, wie dies im herkömmlichen Staggered-SAR-Betriebsmodus der Fall ist. Es kann somit eine herkömmliche Stripmap-Prozessierung zur Verarbeitung der erfassten Radarechos verwendet werden.
• Das Verfahren ermöglicht ferner eine im Vergleich zu dem Staggered-SAR-Betriebsmodus niedrigere Pulswiederholfrequenz, wodurch die Datenrate reduziert wird und Entfernungs-Mehrdeutigkeiten positiv beeinflusst werden. Darüber hinaus können Azimut-Performanz-Vorteile sowohl gegenüber dem Staggered-SAR-Betriebsmodus als auch dem ScanSAR-Betriebsmodus erzielt werden. Das Verfahren der Erfindung wurde von den Erfindern im Rahmen von Simulationen getestet. Es hat sich in der Tat ergeben, dass die oben dargelegten Vorteile gegenüber herkömmlichen Betriebsmodi erreicht werden können.

Claims (11)

1. Synthetik-Apertur-Radarverfahren zur Fernerkundung der Erdoberfläche (S) über eine Radareinrichtung (2) auf einer Plattform (1), die sich in eine Azimut-Richtung (x) über der Erdoberfläche (S) bewegt, wobei die Radareinrichtung (2) eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung ist, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung (2a) zum Aussenden von Radarpulsen (RP1, RP2) darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung (2b) zum Empfang von Radarechos (EC) der an der Erdoberfläche (S) reflektierten Radarpulse (RP1, RP2) aus einem Streifen (SW) auf der Erdoberfläche (S) darstellt, wobei der Streifen (SW) eine vorgegebene Streifenbreite (B) in einer zur Azimut-Richtung (x) senkrechten Range-Richtung (y) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Radarpulse (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) in mehreren, ineinander verschachtelten Pulssequenzen (SE1, SE2) ausgesendet werden, wobei in jeder Pulssequenz (SE1, SE2) das Senden der Radarpulse (RP1, RP2) wiederholend basierend auf einem Pulswiederholintervall (PRI₁, PRI₂) mit einer festen Zeitlänge erfolgt, wobei jede Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) ein Pulswiederholintervall (PRI₁, PRI₂) mit einer anderen Zeitlänge als die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRI₁, PRI₂) der restlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) hat; - in einem Empfangskanal der Empfangseinrichtung (2b) in Azimut-Richtung (x) oder in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung (2b), deren Azimut-Positionen in der Empfangseinrichtung (2b) versetzt zueinander angeordnet sind, jeweils die Radarechos (EC) in aufeinander folgenden, der Streifenbreite (B) entsprechenden Empfangszeiträumen empfangen werden, wobei die Radarechos (EC) von einer jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) an vorgegebenen Range-Positionen innerhalb des Streifens (SW) Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') enthalten, die jeweils zu Radarechos (EC) gehören, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) nicht empfangbar sind, wobei die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRI₁, PRI₂) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und die zeitliche Verschiebung der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) zueinander derart festgelegt sind, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg die Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der Radarechos (EC) von unterschiedlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) innerhalb des Streifens (SW) in der Range-Richtung (y) nicht miteinander überlappen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRI₁, PRI₂) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und deren zeitliche Verschiebung zueinander ferner derart festgelegt sind, dass an jedem Ende der beiden Enden des Streifens (SW) in Range-Richtung (y) eine Lücke (BR1, BR1') der Radarechos (EC) jeder Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) angrenzt und dabei außerhalb des Streifen (SW) liegt, wobei die Lücke (BR1, BR1') zu Radarechos (EC) der jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) gehört, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses (RP1, RP2) der jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) nicht empfangbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) genau zwei Pulssequenzen (SE1, SE2) enthalten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulssequenzen (SE1, SE2) folgende Bedingung gilt: $$N_1\cdot PR{I}_1=N_2\cdot PR{I}_2$$

   

   wobei PRI₁ das Pulswiederholintervall (PRI₁, PRI₂) eines der beiden Pulssequenzen (SE1, SE2) ist und PRI₂ das Pulswiederholintervall (PRI₁, PRI₂) der anderen der beiden Pulssequenzen (SE1, SE2) ist; und wobei N₁ und N₂ ganze positive Zahlen sind, welche teilerfremd sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der beiden Pulssequenzen (SE1, SE2) zueinander derart festgelegt ist, dass der minimale Versatz ungleich Null, der zwischen zwei zeitlich benachbarten Pulsen (RP1, RP2) unterschiedlicher Pulssequenzen (SE1, SE2) auftritt, maximiert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarechos (EC) in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung (2b), deren Azimut-Positionen in der Empfangseinrichtung (2b) versetzt zueinander angeordnet sind, empfangen werden, wobei gilt: $$\frac{L_{az}}{\text{max}\left(PR{I}_1,PR{I}_2\right)\cdot v_{sat}}=2$$

   

   und $$M_{ch}=max\left(N_1\cdot m;N_2\cdot m\right)$$

   

   wobei L_az die Länge der Empfangseinrichtung (2b) in Azimut-Richtung (x) ist; wobei M_ch die Anzahl der Empfangskanäle ist; wobei v_sat die Geschwindigkeit der Plattform (1) in Azimut-Richtung über der Erdoberfläche (S) ist; und wobei m eine ganze positive Zahl ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (2a) für eine jeweilige Pulssequenz (SE1, SE2) zumindest eines Teils der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und vorzugsweise für jede Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) Radarpulse (RP1, RP2) aussendet, welche nur solche Abschnitte des Streifens (SW) beleuchten, in denen keine Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) liegen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (2a) für eine Pulssequenz (SE1) Radarpulse (RP1, RP2) aussendet, welche den gesamten Streifen (SW) beleuchten, wohingegen die Sendeeinrichtung (2a) für jede andere Pulssequenz (SE2) Radarpulse (RP1, RP2) aussendet, welche nur solche Abschnitte des Streifens (SW) beleuchten, in denen keine Lücken (BR1', BR2') der jeweiligen anderen Pulssequenz (SE2), jedoch Lücken (BR1, BR2) der einen Pulssequenz (SE1) liegen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Radarechos (EP) jeder Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) separat SAR-Bilder der Erdoberfläche (S) ermittelt werden und aus diesen SAR-Bildern ein gemeinsames SAR-Bild berechnet wird.
10. Synthetik-Apertur-Radarsystem zur Fernerkundung der Erdoberfläche (S) über eine Radareinrichtung (2) auf einer Plattform (1), die sich in eine Azimut-Richtung (x) über der Erdoberfläche (S) bewegt, wobei die Radareinrichtung (2) eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung ist, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung (2a) zum Aussenden von Radarpulsen (RP1, RP2) darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung (2b) zum Empfang von Radarechos (EC) der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse (RP1, RP2) aus einem Streifen (SW) auf der Erdoberfläche (S) darstellt, wobei der Streifen (SW) eine vorgegebene Streifenbreite (B) in einer zur Azimut-Richtung (x) senkrechten Range-Richtung (y) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Radareinrichtung (2) derart ausgestaltet ist, dass - die Radarpulse (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) in mehreren, ineinander verschachtelten Pulssequenzen (SE1, SE2) ausgesendet werden, wobei in jeder Pulssequenz (SE1, SE2) das Senden der Radarpulse (RP1, RP2) wiederholend basierend auf einem Pulswiederholintervall (PRI₁, PRI₂) mit einer festen Zeitlänge erfolgt, wobei jede Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) ein Pulswiederholintervall (PRI₁, PRI₂) mit einer anderen Zeitlänge als die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRI₁, PRI₂) der restlichen Pulssequenzen (SEI, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) hat; - in einem Empfangskanal der Empfangseinrichtung (2b) in Azimut-Richtung (x) oder in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung (2b), deren Azimut-Positionen in der Empfangseinrichtung (2b) versetzt zueinander angeordnet sind, jeweils die Radarechos (EC) in aufeinander folgenden, der Streifenbreite (B) entsprechenden Empfangszeiträumen empfangen werden, wobei die Radarechos (EC) von einer jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) an vorgegebenen Range-Positionen innerhalb des Streifens (SW) Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') enthalten, die jeweils zu Radarechos (EC) gehören, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) nicht empfangbar sind, wobei die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRI₁, PRI₂) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und die zeitliche Verschiebung der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) zueinander derart festgelegt sind, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg die Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der Radarechos (EC) von unterschiedlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) innerhalb des Streifens (SW) in der Range-Richtung (y) nicht miteinander überlappen.
11. Synthetik-Apertur-Radarsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthetik-Apertur-Radarsystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.

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