DE19610502C2 - Verfahren zum Extrahieren und Korrigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar mit synthetischer Apertur aus SAR-Rohdaten - Google Patents
Verfahren zum Extrahieren und Korrigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar mit synthetischer Apertur aus SAR-RohdatenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Extrahieren und Kor
rigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar mit
synthetischer Apertur (SAR) aus SAR-Rohdaten
Radar mit synthetischer Apertur (SAR) ist ein aktives Mikro
wellen-Abbildungssystem, das hauptsächlich als Instrument für
die Fernerkundung der Erdoberfläche eingesetzt wird. Ein übli
ches SAR-System weist eine bewegte Plattform, wie beispiels
weise ein Flugzeug, einen Hubschrauber oder einen Satelliten,
eine Antenne, die seitlich im rechten Winkel zur Flugrichtung
den Boden beleuchtet, und ein kohärentes Radarsystem auf, das
periodisch elektromagnetische Impulse aussendet. Die Bewe
gungsrichtung wird als Azimutrichtung und die Richtung ortho
gonal dazu wird als Entfernungsrichtung bezeichnet. Durch die
unterschiedlichen Rückstreueigenschaften der Erdoberfläche für
elektromagnetische Wellen wird, unabhängig von Tageszeit, von
Wetterbedingungen, eine zweidimensionale geometrische Abbil
dung des überflogenen Gebietes erhalten.
Während die Einzelheiten der SAR-Bilderstellung bereits sehr
gut erforscht sind, bereitet die Interpretation und Auswertung
der Bilder oft noch große Schwierigkeiten. Die Bildauswertung
wird verständlicherweise vereinfacht, falls entsprechend er
gänzende Zusatzinformationen zur Verfügung stehen. Dafür gibt
es verschiedene Möglichkeiten, wie Kartenmaterial, Aufnahmen
mit anderen Sensoren, SAR-Bilder zu anderen Zeitpunkten oder
mit unterschiedlichen Wellenlängen oder auch Polarisationsebe
nen. Die Verwendung solcher nützlicher Zusatzinformationen
wird leider durch geometrische Verzerrungen bzw. Unproportio
nalitäten zwischen den verwendeten Bildern oder durch mangeln
de Bildqualität erschwert.
Um solche Bildfehler und Qualitätseinbußen zu vermeiden, muß
das prozessierte SAR-Bild von jeglichen Einflüssen der Träger
bewegung befreit werden können. Die Erzeugung einer syntheti
schen Apertur erfordert das Aufrechterhalten eines kohärenten
Phasenverlaufs während der Zeit, welche für den Flug über die
Länge der synthetischen Apertur benötigt wird. Um ein optimal
prozessiertes Bild zu erhalten, müßte sich der Träger mit kon
stanter Geschwindigkeit auf einer geraden Flugbahn fortbewe
gen, d. h. in der Soll-Position, dabei in der horizontalen Ebe
ne liegen und im rechten Winkel zum Geschwindigkeitsvektor ab
strahlen (Soll-Lage). Diese Idealbedingungen liegen praktisch
nicht vor.
Durch atmosphärische Turbulenzen, konstruktionsbedingte Flug
eigenschaften sowie Steuerungsfehler ist es für ein flugzeug
getragenes SAR-System nahezu unmöglich, die vorgeschriebene
Position und Lage mit ausreichender Genauigkeit einzuhalten.
Es wird daher versucht, durch geeignete Korrekturen am empfan
genen Rohsignal die Abbildungsfehler, die sich aus den Posi
tions-, Lage- und Geschwindigkeitsabweichungen des Trägers er
geben, zu kompensieren, weshalb von Bewegungskompensation ge
sprochen wird.
Bei einem Radar mit synthetischer Apertur handelt es sich um
ein kohärentes Mikrowellen-Abbildungssystem. Ein wohldefinier
ter Phasenverlauf, der über Azimut durch die Dopplermodulation
vorgegeben wird, ist also eine unverzichtbare Systemanforde
rung. Unter diesem Gesichtspunkt wird deutlich, daß die Ver
meidung von Phasenfehlern eine vorrangige Zielsetzung dar
stellt. Der Phasenfehler ϕe(t) entsteht durch Zweiwege-Entfer
nungsfehler 2Δr in Blickrichtung der Antenne, da ein Radar
signal den Weg Sender-Ziel-Empfänger zurücklegt.
wobei mit λ die Wellenlänge des gesendeten Signals bezeichnet
ist.
Die zur Zeit bestehenden und etablierten Verfahren zur Ermitt
lung und Kompensation von Bewegungsfehlern lassen sich in zwei
grundsätzlich verschiedene Kategorien unterteilen, nämlich in
Navigationssysteme und Bewegungsextraktionsverfahren. Häufig
werden auch Kombinationen aus beiden Kategorien für eine Rea
lisierung der Bewegungskompensation eingesetzt.
Navigationssysteme, zu denen das bordeigene Trägheitssystem
INS (Inertial Navigation System) zählt, benötigen im Gegensatz
zu den Bewegungsextraktionsverfahren keine SAR-Rohdaten. Da
sich der Einsatzbereich eines INS im Normalfall auf die
Flugnavigation beschränkt, ist die zur Verfügung stehende
Bandbreite meist entsprechend gering. Das INS reicht daher al
lein kaum aus, um die Anforderungen, die an die Bewegungskom
pensation gestellt werden, zu erfüllen. Hierzu sind entspre
chende Modifikationen notwendig, die zur Stützung des INS bei
tragen.
Eine hochwertige Realisierung stellt die "Master-Slaveaa-Lösung
dar. Da es sich hierbei jedoch um eine Sonderanfertigung han
delt, fallen die Kosten für Anschaffung, Implementierung und
Wartung sehr hoch aus. Eine weitere Möglichkeit zur Stützung
des INS ergibt sich aus dem Einsatz eines "Global Positioning
System" (GPS), welches ein modernes Navigationssystem ist
(Navstar GPS Techn.Support Group, 1989), das jedoch lediglich
für die Ermittlung der Positionsfehler verwendet werden kann.
Die Genauigkeit, die mit einer zivilen GPS-Version erzielt
werden kann, reicht jedoch für eine Nutzung in der Bewegungs
kompensation nicht aus. Es liefert zudem keine Angaben über
die Lage des Trägers und kann auch nur als eine Ergänzung zu
Trägheitssystemen oder Bewegungsextraktionsverfahren angesehen
werden.
Bewegungsextraktionsverfahren nutzen die Einflüsse der Bewe
gungsfehler auf die SAR-Rohdaten aus, um daraus durch entspre
chende Datenverarbeitung die nötigen Informationen über Posi
tion und Lage des Trägers zu extrahieren. Sie stellen zum
einen eine kostengünstige Alternative zur Stützung des bord
eigenen Trägheitssystems dar, oder sie bieten sogar begrenzt
die Möglichkeit einer autonomen Bewegungskompensation, die in
das SAR-System integriert werden kann. Nennenswert sind in
diesem Zusammenhang die vielfach angewendeten "klassischen"
Autofokusverfahren oder die Reflektivitätsversatzmethode
(RDM), auf welche nachstehend noch kurz eingegangen wird.
Bei Autofokusverfahren kann die Dopplerrate, welche in die
SAR-Prozessierung eingeht, bestimmt werden. Der Wirkungsbe
reich der Autofokusverfahren betrifft vorwiegend die Minimie
rung quadratischer Phasenfehler, die eine Defokussierung der
Punktzielantwort hervorrufen. Aufgrund geschätzter Parameter
wird ein erstes SAR-Bild prozessiert und dessen Bildqualität
beurteilt. Die Analyse der Bildqualität erfolgt hinsichtlich
der Fokussierung von isolierten Punktzielen und erlaubt die
Berechnung einer Korrekturphase zur Erzeugung eines besser fo
kussierten Bildes. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt
werden, bis eine zufriedenstellende Bildqualität erreicht ist.
Die einzelnen Autofokusverfahren unterscheiden sich im wesent
lichen in der Methode zur Analyse der Bildqualität. Als be
kannteste Verfahren sind hier zu nennen:
die Optimierung des Bildkontrastes (Vant, M.: A Spatially-Variant Autofocus Technique for Synthetic Aperture Radar, Proc. of the Intern. Radar Conf. RADAR′82, London, 1982, S. 159 bis 163) und das Verfahren der Kreuzkorrelation zwischen zwei Looks (Li, F.; Held, D.; Curlander, J,: Wu, C.: Doppler Parameter Estimation for Spaceborne Synthetic Aperture Radars, IEEE Trans. on Geosc. and Remote Sensing, Vol. GE-23, No.1, Jan. 1985, S. 47 bis 56).
die Optimierung des Bildkontrastes (Vant, M.: A Spatially-Variant Autofocus Technique for Synthetic Aperture Radar, Proc. of the Intern. Radar Conf. RADAR′82, London, 1982, S. 159 bis 163) und das Verfahren der Kreuzkorrelation zwischen zwei Looks (Li, F.; Held, D.; Curlander, J,: Wu, C.: Doppler Parameter Estimation for Spaceborne Synthetic Aperture Radars, IEEE Trans. on Geosc. and Remote Sensing, Vol. GE-23, No.1, Jan. 1985, S. 47 bis 56).
Bei der Optimierung des Bildkontrastes wird davon ausgegangen,
daß ein Bild optimal fokussiert ist, wenn der Kontrast maximal
ist. Dieser ist hier als der Quotient der Streuung und des
Mittelwerts der Amplituden der Bildpunkte definiert. Die Azi
mutverarbeitung wird mit Referenzfunktionen unterschiedlicher
Dopplerraten durchgeführt und der Kontrast des jeweiligen Er
gebnisses bestimmt. Die verwendete Dopplerrate, welche zum
höchsten Kontrast führt, gibt schließlich die optimale Rate
wieder.
Bei dem Verfahren zur Kreuzkorrelation zwischen zwei Looks
wird die Multisicht-Verarbeitung benutzt, um zwei Sichten
(Looks), welche derselben Szene entsprechen, miteinander zu
korrelieren. Da die Referenzfunktionen der einzelnen Sichten
unterschiedliche Frequenzbereich der Dopplermodulation ab
decken, kommt es zu einem Positionsversatz der Sichten. Diese
Verschiebung kann durch die Kreuzkorrelation der beiden Sich
ten ermittelt werden. Falls bei der Erzeugung der Referenz
funktion die korrekte Dopplerrate verwendet wird, stimmt das
Korrelationsergebnis mit der errechneten Verschiebung überein.
Die Fehlplazierung der einzelnen Sichten wird durch den qua
dratischen Phasenfehler verursacht.
Ein verhältnismäßig neues Bewegungsextraktionsverfahren, die
vorstehend bereits angeführte Reflektivitätsversatzmethode
(Reflectivity Displacement Method, RDM) basiert auf der Aus
wertung des Frequenzversatzes des Reflektivitätsanteils zweier
in der Zeit aufeinanderfolgender Azimutspektren. Der Frequenz
versatz ergibt sich hier aus der Position des Maximums der
Kreuzkorrelation zweier zeitlich aufeinanderfolgender Azimut
leistungsspektren. Dieser Frequenzversatz wird für sämtliche
benachbarte Datensätze über Azimut bestimmt, woraus sich ein
zeitlicher Verlauf bilden läßt. Aus dem hieraus resultierenden
Verlauf der Beschleunigung in Blickrichtung der Antenne läßt
sich schließlich die Ablage des Flugzeugs vom nominellen Flug
pfad in Antennenblickrichtung sowie der entsprechenden Phasen
fehler bestimmen.
Eine Bewegungskompensation, die auf Navigationssysteme ba
siert, ist in der Regel mit einem unverhältnismäßig großen,
technischen Aufwand verbunden. Um eine ausreichende Bandbreite
zu erhalten, müssen mehrere Systeme miteinander gekoppelt wer
den (INS mit einem zweiten Intertialsystem mit GPS oder mit
einer Auswertung der SAR-Daten), was wiederum zu einem sehr
komplizierten und kostenintensiven Gesamtsystem führt. Auch
die Autonomie eines solchen Systems ist eingeschränkt. Ein
Echtzeitbetrieb ist durch die Komplexität meist nur sehr ein
geschränkt möglich.
Wie bereits ausgeführt, liegt die Leistungsfähigkeit von Auto
fokusverfahren in der Minimierung quadratischer Phasenfehler.
Der quadratische Phasenfehler weist jedoch eine Tiefpaßcharak
teristik auf, wodurch sich das Autofokusverfahren im allgemei
nen auch nur zur Ermittlung niederfrequenter Phasenfehler er
folgreich anwenden läßt. Informationen über hochfrequente Pha
senfehler können lediglich durch eine Anwendung auf isolierte
Zielpunkte, beispielsweise durch einen Einsatz von Winkelspie
geln, und entsprechender Hochpaßfilterung erhalten werden. Ein
Fehlen von isolierten, stark reflektierenden Punktzielen in
den Rohdaten führt zu einer deutlichen Verschlechterung der
Genauigkeit. Zudem erfordern Autofokussysteme eine enorme Re
chenleistung, wodurch wiederum ein Echtzeiteinsatz im allge
meinen unmöglich gemacht wird.
Einschränkungen für die Reflektivitätsversatzmethode (RDM) er
geben sich aus den Rückstreueigenschaften des abgebildeten Ge
ländes. Für eine genaue Ermittlung der Bewegungsfehler ist ein
hoher Kontrast der beleuchteten Szene bzw. eine hohe Dichte
von Reflektivitätsübergängen notwendig. Aus den Systemeigen
schaften ergeben sich weitere Kritikpunkte. So kann die impli
zierte Kreuzkorrelation aufgrund der möglichen starken Ände
rungen des Reflektivitätsverlaufs auch falsche Werte für den
Frequenzversatz liefern. Nur die schwerwiegerenden Fehler wer
den durch ein nachfolgendes Sigma-Filter erkannt und korri
giert.
Darüber hinaus erschwert das multiplikative Rauschen, mit wel
chem die Frequenzkanäle des Azimut-Leistungsspektrums behaftet
sind, eine genaue Detektion des Maximums der Kreuzkorrelation.
Eine so entstehende Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Ermitt
lung des Frequenzversatzes führt zu einer Dämpfung der nieder
frequenten Fehleranteile, die sich vor allem bei heftigen Be
wegungsfehlern, beispielsweise durch Windböen, bemerkbar
macht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Verfahren zur
Kompensation von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar
mit synthetischer Apertur aus Positionsfehlern entstehende
Phasenfehler zu korrigieren, deren Folge häufig sehr unter
schiedliche Einflüsse auf die Qualität des prozessierten Bil
des sind, wie ein schwacher Kontrast, geometrische Verzerrun
gen oder eine schlechte geometrische Auflösung. Gemäß der Er
findung ist dies bei einem Verfahren zur Kompensation von Be
wegungsfehlern für flugzeuggetragenes SAR durch die Merkmale
im Patentanspruch erreicht.
Bei dem durch die Erfindung geschaffenen Verfahren zum Extra
hieren und Korrigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetra
genes SAR handelt es sich um ein Bewegungsextraktionsverfahren
in Form einer korrelationsadaptiven Frequenzversatzvermittlung
(Correlation Adaptive Frequency-Shift Estimator, CAFE). Bei dem
CAFE-Verfahren wird, wie auch bei RDM, die Abweichung der Po
sition des Trägers in Blickrichtung der Antenne extrahiert.
Dadurch wird eine Bestimmung und Korrektur des Phasenfehler
verlaufs möglich. Die vorstehend aufgeführten Nachteile der
bisher verwendeten, herkömmlichen Verfahren entfallen dadurch
weitestgehend.
Das CAFE-Verfahren basiert auf einem neuen Ansatz zur Bestim
mung des Frequenzversatzes zweier zeitlich in Azimut aufeinan
derfolgender Datensätze und läßt sich mathematisch aus System
gesetzmäßigkeiten herleiten. Als Verarbeitungsschritte sind
nur eine Multiplikation der Datensätze im Zeitbereich und eine
nachfolgende Fourier-Transformation (FFT) notwendig, so daß
eine deutliche Reduzierung des Rechenaufwandes gegenüber sämt
lichen herkömmlichen Verfahren erreicht werden kann. So bein
haltet beispielsweise das bisher schnellste Verfahren RDM im
Vergleich hierzu fünf Fast-Fourier-Transformationen (FFT′s)
pro Frequenzversatzwert. Das Ergebnis des CAFE-Verfahrens ist
eine betragsmäßige sinc-Funktion, welche um den gesuchten Fre
quenzversatz verschoben ist. Das Maximum der resultierenden
sinc-Funktion ist sehr deutlich ausgeprägt und läßt sich opti
mal detektieren.
Alle bisher eingesetzten und benutzten Bewegungsextraktions
verfahren arbeiten im Idealfall mit Punktzielantworten. Bei
Flächenzielen bzw. bei kontrastarmen Gebieten ist die Fehler
wahrscheinlichkeit bei diesen Algorithmen aufgrund des hohen
Anteils an unkorreliertem multiplikativem Rauschen relativ
hoch. Um das Ergebnis nicht durch somit entstehende fehlerhaf
te Frequenzversätze zu verfälschen, werden vor der eigentli
chen Frequenzversatzermittlung für jedes Entfernungstor die
Azimutbereiche aus dem SAR-Rohdatensatz ausgewählt, die über
wiegend Punktzielcharakter aufweisen bzw. relativ kontra
streich sind. Zur Bestimmung dieser Bereiche wird die Autokor
relation der jeweiligen Azimutziele mit einem Versatz von
einem Abtastpunkt (1/PRF) eingeführt. Hierbei ist der Wert der
Autokorrelation um so höher, je höher der Punktzielcharakter
bzw. der Kontrast des Azimutsignals ist ("Korrelationsadap
tion"). Überwiegt das unkorrelierte Rauschen, ist die Autokor
relation entsprechend schwach. Mit einer Implementierung der
Korrelationsadaption ist außerdem eine zusätzliche Rechenzei
tersparnis verbunden, da der Algorithmus zur Ermittlung der
Frequenzversatzwerte nur auf Daten angewandt wird, die eine
geringe Fehlerwahrscheinlichkeit versprechen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh
rungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Ermittlung des Frequenzversatzes
mittels des erfindungsgeinäßen CAFE-Verfahrens;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer gemäß der Erfindung verwendeten
Korrelationsadaption, und
Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Ermittlung einer Phasenfehler-
Funktion mittels des CAFE-Verfahrens.
In Fig. 1 ist das Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen CAFE-Verfahrens zur Ermittlung eines Fre
quenzversatzes wiedergegeben, das die erforderlichen Schritte
veranschaulicht. Es wird im Zeitbereich von zwei zeitlich auf
einanderfolgenden Datensätzen 1 und 2 der Dauer Δt ausgegangen
und es wird der vorangehende Datensatz 1 mit dem konjugiert
komplexen folgenden Datensatz 2 in einer Multipliziereinheit 3
multipliziert. Mit der Definition der Punktzielantwort wird
die folgende mathematische Beschreibung erhalten:
Anschließend folgt eine Fourier-Transformation 4 mit anschlie
ßender Betragsbildung 5, nämlich
wobei mit ka die Dopplerrate bezeichnet ist.
Das Ergebnis ist eine betragsmäßige sinc-Funktion (2), welche
um den Frequenzversatz Δf = ka·Δt verschoben ist und deren
Verlauf demjenigen in Block 6 in etwa entspricht. Da die Dopp
lerrate ka durch die Bewegungsfehler zeitabhängig ist, ändert
sich auch der Frequenzversatz mit der Zeit. Um den Verlauf des
Frequenzversatzes in Abhängigkeit von der Zeit (nΔt) zu erhal
ten, muß der Vorgang über den gesamten Azimutbereich wieder
holt werden, um eine Maxium-Detektion (7) zu erhalten.
In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der
"Korrelationsadaption" wiedergegeben. Für jedes Entfernungstor
R₀ aus dem SAR-Rohdatensatz ermöglicht der Algorithmus der
"Korrelationsadaption" gemäß Fig. 2 die Auswahl der Azimutbe
reiche, welche überwiegend Punktzielcharakter aufweisen bzw.
relativ kontrastreich sind. Hierzu wird eine Autokorrelation 8
der jeweiligen Azimutzeile (siehe den oberen Signalverlauf in
Fig. 2) mit einem Datenversatz von einem Abtastpunkt (1/PRF) in
der aus Fig. 2 im einzelnen angegebenen und entnehmbaren Weise
durchgeführt. Die Amplituden des Autokorrelations-Ergebnisses
sind umso größer, je stärker der Punktzielcharakter bzw. der
Kontrast des Azimutsignals ist. (Siehe den Signalverlauf in
Block 9).
Für die nachfolgende Frequenzversatz-Ermittlung wird das Auto
korrelationsergebnis 9 sinnvoller Weise in sich um Δt überlap
pende Bereiche 10 der Länge 2Δt unterteilt, da für einen Fre
quenzversatz zwei zeitlich aufeinanderfolgende Azimutdatensät
ze der Länge Δt benötigt werden. Liegt das Maximum des Be
reichs über einer festzulegenden Korrelationsgrenze KG (Block
11; Max < KG), wird der zugehörige Bereich für die Frequenz
versatz-Ermittlung als geeignet und damit als gültiger Bereich
12 eingestuft. Liegt das Maximum unter der Korrelationsgrenze
KG (Block 13; Max < KG), wird in diesem Fall der zugehö
rige Bereich ignoriert und als ungültiger Bereich 14 angese
hen.
Die strichpunktierte Linie in Block 9 in Fig. 2 stellt die für
die Realisierung gewählte Korrelationsgrenze KG dar. Diese
Korrelationsgrenze ist eine Kompromißlösung. Sie muß zwei wi
dersprechenden Anforderungen genügen. Einerseits ist die Feh
lerwahrscheinlichkeit des ermittelten Frequenzversatzes für
große Korrelationsfaktoren (nahe 1) sehr klein, andererseits
wird zur Bestimmung eines repräsentativen Frequnzversatzver
laufs eine über die gesamte Szene ausreichende Anzahl an gül
tigen Werten benötigt.
Das erklärte Ziel des CAFE-Verfahrens ist zunächst, aus sämt
lichen, über die gesamte Szene zur Verfügung stehenden Fre
quenzversatzwerten einen ersten, für die ganze Szene repräsen
tativen Phasenfehlerverlauf über dem Azimut zu extrahieren.
Die Modellierung dieses Phasenfehlerverlaufs über der Entfer
nung ist ein nachfolgender Verarbeitungsschritt. Eine somit in
zwei Abschnitte geteilte Vorgehensweise ist möglich, da die
Phasenfehlerverläufe der einzelnen Entfernungstore, abgesehen
von unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren, als weitestgehend
gleich angenommen werden können. Der zu ermittelnde repräsen
tative Phasenfehlerverlauf kann als eine Mittelung der ges am
ten Schar von Phasenfehlerverläufen über Entfernung angesehen
werden.
In Fig. 3 ist der Verlauf verdeutlicht, mit welchem dieser
grundlegende Referenz-Phasenfehlerverlauf ϕe,ref(t) gewonnen
wird.
Zunächst wird die Korrelationsadaption 16 gemäß Fig. 2 durchge
führt. Hierdurch werden für die einzelnen Entfernungstore R₀
diejenigen Azimutbereiche n (n = . . . , -1, 0, 1, 2 . . . ) erhal
ten, die über einen ausreichenden Punktzielchrakter bzw. Kon
trast verfügen. Anschließend werden für diese ausgesuchten Be
reiche die entsprechenden Frequenzversatzwerte mit dem neu
entwickelten Algorithmus zur Frequenzversatzermittlung 16
(siehe Fig. 1) bestimmt.
Die sorgfältig ausgewählte Korrelationsgrenze KG sorgt dafür,
daß für jeden Azimutbereich n eine ausreichende Anzahl an Wer
ten über der Entfernung zur Verfügung steht, so daß eine sta
tistisch repräsentative Mittelung gewährleistet werden kann.
Nach der erfolgten Mittelung über der Entfernung der gültigen
Frequenzversätze kann aus dem Signal Δf*Φ(n) als Ergebnis der
Mittelung 17 über der Entfernung die Beschleunigung in Blick
richtung der Antenne berechnet werden. Hierbei wird der Fre
quenzversatz Δf um den Anteil, der nominal durch die Vorwärts
geschwindigkeit v entsteht, korrigiert, so daß er nur noch die
Komponenten enthält, die durch die Beschleunigung in Blick
richtung der Antenne verursacht wird.
Dies ergibt nach einer zweimaligen Integration (Blöcke 18, 19)
und einer Berücksichtigung der entsprechenden formelmäßigen
Beziehungen (Blöcke 20, 21) den für die gesamte Szene reprä
sentativen Referenz-Phasenfehlerverlauf ϕe,ref(t). (Siehe
Fig. 3 unten rechts).
Da sich der Phasenfehler über der Entfernung in der Regel nur
schwach ändert, stellt die erfolgreiche Bestimmung des für die
gesamte Szene repräsentativen Verlaufs des Phasenfehlers über
den Azimut den ausschlaggebenden Teil des Lösungsansatzes dar.
Das Bildergebnis läßt sich jedoch verbessern, wenn es durch
eine geeignete Modellierung 23 gelingt, die Entfernungsabhän
gigkeit zu berücksichtigen. Die Modellierung der Phasenfehler
funktion über der Entfernung geschieht auf der Basis des er
mittelten Referenzphasenfehlers und zweier vereinfachender An
nahmen, nämlich
- a) der Referenzverlauf des Phasenfehlers über dem Azimut gilt mit entsprechendem Verstärkungsfaktor für alle Entfernungstore und
- b) der Verlauf über der Entfernung läßt sich in ausreichender Näherung durch eine lineare Funktion ausdrücken.
Die Modellierung 23 über der Entfernung ergibt den Phasenfeh
ler Φe(t, R₀).
Claims (1)
- Verfahren zum Extrahieren und Korrigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar mit synthetischer Apertur aus SAR-Rohdaten, bei welchem
- a) der reale Dopplerfrequenzversatz zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Azimut-Datensätzen ermittelt wird,
- b) durch eine Multiplikation des einen Datensatzes mit dem konjugiert komplexen anderen Datensatz ein Dopplerfre quenzversatz Δf erzielt wird, der im Nominalfall ohne Be wegungsfehler zeitlich über Azimut konstant ist,
- c) mittels einer einzigen FFT der reale Dopplerfrequenzver satz Δf als Verschiebung einer sinc-Funktion sichtbar ge macht wird und somit die Ermittlung der Abweichung vom zeitlich konstanten Nominalwert des Dopplerfrequenzvesat zes ermöglicht wird,
- d) durch Verwenden einer Autokorrelation jeder Azimutzeile die Verfahrensschritte a) und b) zur Frequenzversatz-Er mittlung nur auf Bereiche mit geringer Fehlerwahrschein lichkeit für den Dopplerfrequenzversatz Δf angewandt wer den, und
- e) mittels zweimaliger Integration für eine anschließende LOS-(Line of Sight-)Korrektur der relative Phasenfehler über Azimut bestimmt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19610502A DE19610502C2 (de) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | Verfahren zum Extrahieren und Korrigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar mit synthetischer Apertur aus SAR-Rohdaten |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19610502A DE19610502C2 (de) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | Verfahren zum Extrahieren und Korrigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar mit synthetischer Apertur aus SAR-Rohdaten |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19610502A1 DE19610502A1 (de) | 1997-09-25 |
DE19610502C2 true DE19610502C2 (de) | 1998-02-12 |
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---|---|---|---|
DE19610502A Expired - Fee Related DE19610502C2 (de) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | Verfahren zum Extrahieren und Korrigieren von Bewegungsfehlern für flugzeuggetragenes Radar mit synthetischer Apertur aus SAR-Rohdaten |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE19610502C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10209874A1 (de) * | 2002-03-06 | 2003-10-02 | Dornier Gmbh | Verfahren zur Kompensation von Bewegungsfehlern von flugkörpergetragenen SAR-Systemen |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1251363B1 (de) * | 2001-04-20 | 2005-04-27 | Krohne Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Verarbeitungsverfahren für ein Frequenzsignal |
CN116482686B (zh) * | 2023-06-21 | 2023-08-15 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种基于方位向自适应分块的高分辨率isar成像方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4311754C1 (de) * | 1993-04-08 | 1994-06-23 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren zur Extraktion von Bewegungsfehlern eines ein kohärentes Abbildungsradarsystem mitführenden Trägers aus Radar-Rohdaten und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
-
1996
- 1996-03-18 DE DE19610502A patent/DE19610502C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4311754C1 (de) * | 1993-04-08 | 1994-06-23 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren zur Extraktion von Bewegungsfehlern eines ein kohärentes Abbildungsradarsystem mitführenden Trägers aus Radar-Rohdaten und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
LI, F. (u.a.): Doppler Parameter Estimation for Spaceborne Synthetic Aperture Radars. In: IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, Vol. GE-23, 1985, S. 47-56 * |
VANT, M.R.: A Spatial - Variant Autofocus Technique for Synthetic - Aperture Radar In: Radar '82, London, Oct. 82, S. 159-163 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10209874A1 (de) * | 2002-03-06 | 2003-10-02 | Dornier Gmbh | Verfahren zur Kompensation von Bewegungsfehlern von flugkörpergetragenen SAR-Systemen |
DE10209874B4 (de) * | 2002-03-06 | 2006-05-18 | Eads Deutschland Gmbh | Verfahren zur Kompensation von Bewegungsfehlern von flugkörpergetragenen SAR-Systemen und Verwendung eines Verfahrens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19610502A1 (de) | 1997-09-25 |
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