DE3786396T2 - Radiometrischer bilderzeuger mit einer frequenzdispersionen linearen matrix-antenne. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen radiometrischen Bildaufnehmer gemäß Anspruch 1. Allgemein beschäftigt sie sich mit radiometrischen Bildaufnehmern und, genauer gesagt, mit radiometrischen Bildaufnehmern, welche das Frequenzspektrum einer zwei-dimensionalen Szene unter Verwendung einer Linienquelle oder linearen Array-Antenne sowie Fächerkeuleninversion bestimmen
• Es gibt zahlreiche praktische Anwendungen für hochauflösende radiometrische Bildaufnahmeverfahren im Bereich der Luftfahrt, Meteorologie, Ozeanographie und Astronomie. Radiometer sind insbesondere gut geeignet für das Kartieren von terrestrischen, planetaren oder ozeanischen Eigenschaften, die Messung von atmosphärischem Wasserdampf, Regen oder der Oberflächentemperatur der See, sowie für die Bewertung von hydrographischen Phänomenen und Oberflächenbedingungen unterhalb von Wolken oder Regen.
• Ein bekanntes Mikrowellen-Radiometer, das dazu dient, ein zweidimensionales Bild einer Szene unter Verwendung einer Linienquellenantenne zu erzeugen, welche die Szene mit einer Reihe von Fächerkeulen abtastet, ist in dem am 7. Mai 1984 im Namen von Carl A. Wiley und Charles R. Edelsohn eingereichten und gleichfalls übertragenen U.S.-Patent 4 724 439 beschrieben, das den Titel "Microwave Radiometer Using Fanbeam Inversion" trägt. (US-A-4 724 439 entspricht dem Dokument WO-A-8 505 188, das am 21.11.1985 veröffentlicht wurde und daher am Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung der Öffentlichkeit zugängig war.) Dieses Radiometer wird als "Spinrad" (spinning radiometer/drehendes Radiometer) bezeichnet. Ein in diesem Patent beschriebenes Ausführungsbeispiel umfaßt eine mechanisch abtastende Segmentantenne (Pillbox-Antenne), während ein anderes Ausführungsbeispiel eine elektronisch abtastende, drehbare lineare Array- Antenne umfaßt. In beiden Fällen werden die Antennensignale geeignet weiterverarbeitet, um ein einziges radiometrisches Bild der abgetasteten Szene zu rekonstruieren.
• Viele Anwendungen von radiometrischen Bildaufnahmeverfahren erfordern Kenntnisse des Frequenzspektrums eines jeden Segmentes der abgetasteten Szene. In der Vergangenheit wurde dies unter der Verwendung einer Linienquellenantenne erreicht, dessen Strahlrichtung sich über den erforderlichen Frequenzbereich nicht ändert, d. h. durch Verwendung einer nicht-frequenzdispersiven Antenne. Eine Bank von Bandpaßfiltern teilt das Antennenausgangssignal in eine Anzahl von getrennten Frequenz- Bins, woraufhin dann ein Satz von registrierten Bildern der Szene unter Verwendung der Daten erzeugt wird, die in den verschiedenen Frequenz-Bins enthalten sind. Viele in derartigen Systemen verwendeten Linienquellenantennen sind von sperriger und schwerfälliger Struktur, so wie die Rotman-Linse oder der planare Reflektor (d. h. die Pillbox). Andere Linienquellenantennen, so wie ein Array mit stehenden Wellen, sind verglichen mit Linsen und Reflektoren klein und leicht, haben aber unangemessen begrenzte Bandbreiten.
• Es sollte daher erkannt werden, daß es einen Bedarf an einem radiometrischen Bildaufnehmer gibt, welcher ein spektrales Bild einer Szene über einen breiten Frequenzbereich erzeugen kann, ohne daß er übermäßig sperrig oder schwerfällig ist, und ohne daß er einen unangemessen begrenzten Frequenzbereich aufweist. Die vorliegende Erfindung befriedigt diesen Bedarf.
• Die vorliegende Erfindung ist im wesentlichen durch die folgenden Eigenschaften charakterisiert:
• - Eine frequenzdispersive, lineare Antenne, die eine Längsachse aufweist und in Übereinstimmung mit längs einer Reihe von konischen Fächerkeulen empfangener Strahlung ein Ausgangssignal liefert, wobei die Fächerkeulen eindeutige Frequenzen repräsentieren, welche sich über einen vorbestimmten Frequenzbereich erstrecken, und in einer Reihe von beabstandeten konischen Abschnitten eine zweidimensionale Szene schneiden;
• - Schaukelmittel zum steuerbaren Hin- und Herbewegen der linearen Antenne um eine zu der Antennenachse im wesentlichen senkrechte und zu der Szene parallele Pendelachse, um zu bewirken, daß die beabstandeten konischen Abschnitte die Szene auf eine vorherbestimmte Weise abtasten, so daß das Ausgangssignal Daten enthält, welche den Empfang der gesamten Strahlung in dem vorbestimmten Frequenzbereich von allen Teilen der Szene repräsentieren;
• - Datenspeichermittel zum Extrahieren und Speichern von Daten, welche in dem von der linearen Antenne gelieferten Ausgangssignal enthalten sind;
• - Zusatzbewegungsmittel, um die lineare Antenne auf eine weitere Weise steuerbar zu bewegen, so daß jede Fächerkeule alle Teile der Szene mehrfach schneidet;
• - Datenverarbeitungsmittel, um die von den Datenspeichermitteln gespeicherten Daten zu verarbeiten, um das Frequenzspektrum von im wesentlichen allen Teilen der Szene zu bestimmen.
• Grundsätzlich ist eine Antenne - jedoch von dem Pillbox-Typ - bereits in der oben erwähnten PCT-Anmeldung Wo 85/05188 beschrieben. Darüber hinaus offenbart dieses Dokument bereits Datenspeichermittel, Datenverarbeitungsmittel, Mittel zum Drehen der Pillbox-Antenne und Schaukelmittel.
• Die Erfindung ist in einem radiometrischen Bildaufnehmer und in einem zugeordneten Verfahren ausgeführt, welche das Frequenzspektrum eines jeden Segmentes in einer abgetasteten zweidimensionalen Szene unter Verwendung einer leichtgewichtigen, frequenzdispersiven, linearen Array-Antenne bestimmen. Die Antenne liefert in Übereinstimmung mit längs einer Reihe von konischen Fächerkeulen empfangener Strahlung ein Ausgangssignal, das eindeutige Frequenzen repräsentiert, die sich über einen vorbestimmten Frequenzbereich erstrecken. Diese Fächerkeulen schneiden die abzutastende Szene in einer Reihe von beabstandeten konischen Abschnitten. Schaukelmittel zum steuerbaren Hin- und Herbewegen der Antenne um eine im wesentlichen zu der Antennenachse senkrechte und zu der Szene parallele Pendelachse sind enthalten, so daß die konischen Fächerkeulen die Szene in einer vorbestimmten Weise abtasten. Das Ausgangssignal der Antenne enthält dabei Daten, welche den Empfang der gesamten Strahlung in dem vorbestimmten Frequenzbereich von allen Teilen der Szene repräsentieren. Diese Daten werden in Datenspeichermitteln gespeichert. In Übereinstimmung mit der Erfindung umfaßt der radiometrische Bildaufnehmer weiter Zusatzbewegungsmittel, um die Antenne auf eine weitere Weise steuerbar zu bewegen und so Mehrdeutigkeiten in den gespeicherten Daten zu beheben.
• Datenverarbeitungsmittel können danach die gespeicherten Daten verarbeiten, um das Frequenzspektrum aller Segmente der Szene zu bestimmen.
• In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Zusatzbewegungsmittel Mittel, um die Antenne steuerbar um eine im wesentlichen sowohl zu der Antennen-Achse als auch der Pendelachse senkrechte Achse zu drehen. Die Schaukelmittel und die Drehbewegungsmittel kooperieren dabei derart miteinander, daß jeder konische Abschnitt jedes Segment der Szene mehrmals schneidet. Die Drehbewegungsmittel drehen die Antenne vorzugsweise für jede inkrementale Pendelstellung um einen Bereich von im wesentlichen 360º.
• In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung umfaßt der radiometrische Bildaufnehmer weiter eine zweite frequenzdispersive, lineare Array-Antenne, welche der ersten Antenne im wesentlichen gleicht. Die beiden Antennen sind in einer zueinander beabstandeten, parallelen Beziehung zueinander derart angeordnet, daß sie ein Interferometer mit einer Reihe von konischen Fächerkeulen zum Abtasten der Szene bilden. Dies wird als RADSAR (Radiometric Synthetic Aperture Radar, radiometrisches Radar mit synthetischer Apertur) bezeichnet.
• In diesen anderen Ausführungsbeispielen können die Zusatzbewegungsmittel verschiedene Formen einnehmen. Sie können zum Beispiel die erste und die zweite Antenne relativ zu der Szene in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den Antennenachsen und parallel zu der Szene verschieben. Alternativ können die Zusatzbewegungsmittel Mittel zum steuerbaren Drehen der beiden Antennen um eine Achse parallel zu ihren Längsachsen umfassen. Auf diese Weise wird der effektive Abstand zwischen den beiden Antennen längs einer zu der Richtung auf die Szene senkrechten Achse steuerbar verändert. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Zusatzbewegungsmittel Mittel zum steuerbaren Bewegen der beiden Antennen aufeinander zu und voneinander weg umfassen, während ihre parallele Beziehung zueinander erhalten bleibt. Der effektive Abstand zwischen den beiden Antennen längs einer zu der Richtung auf die Szene senkrechten Achse wird dadurch steuerbar verändert.
• Die Datenverarbeitungsmittel können zweckmäßigerweise eine Vielzahl von registrierten Bildern der Szene erzeugen, wobei jedes Bild auf den gespeicherten Daten für ein eindeutiges Frequenzband in dem vorbestimmten Frequenzbereich basiert. Diese Bilder können zweckmäßigerweise aus den gespeicherten Daten unter Verwendung eines modifizierten Radon-Transformationsalgorithmus erzeugt werden.
• Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, wenn sie im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung gesehen wird, welche auf beispielhafte Weise die Prinzipien der Erfindung darstellt.
• In der Zeichnung:
• Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines radiometrischen Bildaufnehmers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der frequenzdispersiven Erfindung;
• Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm der linearen Array- Antenne aus Fig. 1, welches die konischen Fächerkeulen für zwei getrennte Frequenzen darstellt;
• Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm der linearen Array- Antenne aus Fig. 1, welches die Schnitte von verschiedenen ihrer konischen Fächerkeulen mit einer abzutastenden Szene darstellt;
• Fig. 4 (a) und 4 (b) zeigen zwei beispielhafte Sätze von Schnitten von Fächerkeulen mit der auf zunehmenden Szene, alle bei derselben Frequenz F&sub0;, und zwar für zwei beispielhafte Drehstellungen und mehrere beispielhafte Pendelstellungen der Fächerkeule;
• Fig. 5 zeigt eine Vielzahl von F&sub0;-Fächerkeulenschnitten mit einem einzigen Bildpunkt P in der auf zunehmenden Szene für eine Vielzahl von Drehstellungen für das Fächerkeulen- und Spinrad-Schema; und
• Fig. 6 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines alternativen Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches zwei frequenzdispersive, lineare Array- Antennen (RADSAR) umfaßt, die in zueinander beabstandeter paralleler Beziehung zueinander derart angeordnet sind, daß sie ein abtastendes Interferometer bilden.
• Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf die Fig. 1-3 ist dort ein erstes Ausführungsbeispiel eines radiometrischen Bildaufnehmers zum Abtasten einer Szene 11 (Fig. 3) und zum Erzeugen eines Satzes von registrierten Bildern der Szene gezeigt, wobei jedes Bild Strahlung repräsentiert, welche in einem eindeutigen, schmalen Frequenzband empfangen wurde. Der radiometrische Bildaufnehmer umfaßt eine einzige, frequenzdispersive, lineare Array-Antenne 13, welche ein auf von einer Reihe von konischen Fächerkeulen empfangener Strahlung basierendes Ausgangssignal erzeugt. In Fig. 2 sind zwei beispielhafte Fächerkeulen mit der Bezugsnummer 15 bezeichnet. Jede Fächerkeule sammelt Strahlung in einem eindeutigen, schmalen Frequenzband und trägt zu dem Ausgangssignal bei, ohne daß die umfängliche Richtung, aus der die Strahlung empfangen wird, berücksichtigt wird. Diese Frequenzbänder reichen von einer Tiefenfrequenz F&sub0; an einem extremen Winkel bis zu einer hohen Frequenz Fn an einem gegenüberliegenden extremen Winkel. Die Fächerkeulen können entweder eine Reihe von diskreten konischen Keulen oder ein Kontinuum von Keulen sein.
• Die Antenne 13 ist vorzugsweise ein konventionelles, lineares Wanderwellen-Array, welches eine längliche Antennenspeisung mit einem Eingangsanschluß an einem Ende und einer Last an dem anderen Ende umfaßt. An die Antennenspeisung sind längs ihrer Länge Radiatoren angekoppelt.
• Wie am besten in Fig. 3 gezeigt, schneiden die von der linearen Antenne 13 empfangenen konischen Fächerkeulen 15 die Szene 11 in einer Reihe von beabstandeten, konischen Abschnitten 16. Wenn die Szene vollständig eben ist, sind diese konischen Abschnitte tatsächlich Hyperbeln. Wenn die Szene jedoch ein Teil der sphärischen Oberfläche der Erde ist, so bilden die konischen Abschnitte kompliziertere Kurven. Für kleine Gesichtsfelder dienen Hyperbeln jedoch als eine gute Annäherung für diese Kurven.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung umfaßt der radiometrische Bildaufnehmer einen Abtastmechanismus 17 (Fig. 1), um die lineare Antenne 13 steuerbar durch eine Reihe von Stellungen so zu bewegen, daß ihre Fächerkeulen 15 die Szene 11 abtasten und jede Keule jedes kleine Segment der Szene mehrfach schneidet. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 wird dieses mechanische Abtasten durch steuerbares Drehen der Antenne um eine Achse erreicht, die im wesentlichen zu der Richtung auf die Szene ausgerichtet ist, d. h. die Z-Achse in Fig. 3, und durch Pendeln der Antenne um eine Achse, die senkrecht zu der Antennenachse und parallel zu der Szene ist, d. h. um die Y-Achse in Fig. 3.
• In jeder inkrementalen Pendelstellung wird die Antenne 13 durch ihren gesamten Drehbereich von 360º gedreht. Die sich ergebenden Daten können bei jeder inkrementalen Drehstellung als ein Satz von Abtastungen für jede Frequenz organisiert werden. Die Fig. 4 (a) und 4 (b) zeigen zwei derartige Sätze von Abtastungen, beide für die F&sub0;-Fächerkeule. Fig. 4 (a) zeigt die Schnitte der F&sub0;-Fächerkeule für mehrere beispielhafte Pendelstellungen während einer spezifischen Drehstellung, während 4 (b) die Schnitte der F&sub0;-Fächerkeule für dieselben beispielhaften Pendelstellungen bei einer anderen Drehstellung zeigt. In jeder Drehstellung wird jedes Segment in der abgetasteten Szene 11 genau einmal von jeder Fächerkeule geschnitten. Die Daten, die in dem Ausgangssignal enthalten sind, das erzeugt wird während die Antenne durch ihre beschriebene Pendel- und Drehbewegungen bewegt wird, werden für die darauf folgende Verarbeitung gespeichert.
• Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 1 ist dort ein vereinfachtes Blockdiagramm des radiometrischen Bildaufnehmers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Ausgangssignal der Antenne wird auf Leitung 19 von der Antenne 13 zu einem Verstärker 21 zur geeigneten Verstärkung übertragen. Das verstärkte Signal wird wiederum auf Leitung 23 einer Bank von Bandpaßfiltern 25 zugeführt, wobei ein Filter für jede Fächerkeule vorgesehen ist. Die resultierenden gefilterten Signale werden auf den Leitungen 27 einer Bank von Detektorschaltungen 29 zum Detektieren der Signalamplituden zugeführt. Die sich ergebenden detektierten Amplituden repräsentieren eine Integration der Intensität der von der Antenne in den n aufeinanderfolgenden schmalen Frequenzbändern empfangenen Strahlung über die konischen Abschnitte 16, welche durch die Schnitte der Fächerkeulen 15 mit der abgetasteten Szene 11 definiert sind.
• Die von der Bank von Detektorschaltungen 29 erzeugten n Intensitätssignale werden auf Leitungen 31 einer Datenspeichervorrichtung 33 zugeführt, welche die Daten für die darauffolgende Verarbeitung speichert. Gleichzeitig werden Daten, welche die augenblicklichen Pendel- und Drehstellungen der Antenne 13 angeben, der Datenspeichervorrichtung von dem Abtastmechanismus 17 auf Leitung 35 zugeführt. Die letzteren Daten sind wichtig für die richtige Interpretation der Antennendaten. Die gespeicherten Daten werden daraufhin auf Leitung 37 zu einer Datenverarbeitungseinrichtung 39 zur geeigneten Verarbeitung weitergegeben, um das Spektrum eines jeden schmalen Segmentes in der abgetasteten Szene 11 zu bestimmen. Dies führt zu einer Reihe von registrierten, zwei-dimensionalen Bildern, die auf Leitung 41 auszugeben sind, wobei jedes Bild die in einem eindeutigen schmalen Frequenzband empfangene Strahlung repräsentiert.
• Die Intensität der von einem jeden Segment der Szene 11 emittierten Strahlung bei jeder diskreten Frequenz aus dem Bereich von F&sub0; bis Fn wird bestimmt, indem alle gespeicherten Daten für jedes jeweilige Segment geeignet zusammengebracht werden. Im einzelnen werden für jedes schmale Frequenzband die Intensitätsmessungen der Strahlung für alle die Abtastungen, welche durch ein gegebenes Segment gehen, zusammengebracht und gemittelt. Der resultierende Mittelwert ist eine genaue Messung der Intensität der Strahlung, die von dem betreffenden Segment emittiert wurde. Dieses Datenkollabierungsverfahren ist im Detail in dem oben erwähnten US-Patent 4 724 439 und in der WO-A-8 505 188 beschrieben. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird das Datenzusammenfassungsverfahren, soweit es in diesen Dokumenten beschrieben ist, hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht. Das Verfahren ist tatsächlich eine Multiplex- Version eines in der Anmeldung beschriebenen Fächerkeulen- Inversionsverfahrens, wobei das beschriebene Verfahren n mal wiederholt wird, je einmal für jedes schmale Frequenzband in dem vorbestimmten Frequenzbereich von F&sub0; bis Fn.
• Wenn die Fächerkeule die Szene abtastet, bildet für jede der n schmalen Frequenzbänder (d. h. von F&sub0;-Fn) die Strahlung, die von dem konischen Abschnitt 17 empfangen wird, welcher durch den Schnitt der entsprechenden Fächerkeule 15 mit der Szene 11 definiert wird, eine Funktion, welche das Profil oder die Projektion der Szene genannt wird. Wenn der konische Abschnitt tatsächlich eine gerade Linie wäre, wäre diese Funktion eine Radon-Transformation der Szene, was den Fachleuten gut bekannt ist. Da die konischen Abschnitte jedoch keine geraden Linien sind, muß die Radon-Transformation jedoch leicht modifiziert werden, um bei der mathematischen Verarbeitung der Daten nützlich zu sein. Solch eine modifizierte Radon-Transformation ist im Detail in dem oben angegebenen U.S.-Patent 4 724 439 sowie in der WO-A-8 505 188 beschrieben.
• Fig. 5 zeigt den Satz von konischen Schnitten für eine bestimmte Frequenz (d. h. F&sub0;), die alle ein bestimmtes Szenenteil P in einer Spinrad-Konfiguration schneiden. Wenn die Messungen der F&sub0;- Strahlung für alle diese konischen Abschnitte 16 sich zu einem hohen Wert mitteln, so ist daraus ableitbar, daß diese hohen Werte einem in diesem Abschnitt der Szene angeordneten entsprechenden Sender hoher Intensität für Strahlung zuzuordnen sind. Gleichfalls, falls alle diese sich schneidenden konischen Abschnitte sich zu einem relativ geringen Wert mitteln, so wird daraus abgeleitet, daß es dort eine entsprechend niedrige Intensität von F&sub0;-Strahlung gibt, die von diesem Abschnitt empfangen wurde.
• Es ist zu erkennen, daß die relativ kleine Zahl von sich schneidenden konischen Abschnitten für das Szenenteil P in Fig. 5 nur beispielhaft ist. Die Antennenbewegung kann gesteuert werden, um jeden beliebigen Grad an Auflösung zu liefern. Die Pendelbewegung kann sich beispielsweise in 1/3-Grad Inkrementen über einen Bereich von 40º erstrecken, und die Drehbewegung kann sich gleichfalls in 1/3-Grad Inkrementen über einen 360º-Bereich erstrecken. Dies würde über 1.000 sich schneidende konische Abschnitte für jeden Teil der Szene und für jedes schmale Frequenz band liefern.
• Fig. 6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches eine zweite frequenzdispersive, lineare Array-Antenne 13' umfaßt, die im Raum angeordnet ist. Dies wird als RADSAR- Konfiguration bezeichnet. Die konischen Fächerkeulen der beiden Antennen sind im wesentlichen in Abständen zueinander ausgerichtet, welche verglichen mit dem Abstand D zwischen den Antennen groß ist, so daß die beiden Antennen ein Interferometer zum Abtasten der Szene 11' bilden. Jede Fächerkeule hat ein vorbestimmtes interferometrisches Strahlungskeulenmuster, welches in Übereinstimmung mit seiner Frequenz und dem Abstand D zwischen den Antennen bestimmt wird. Die Signale von den beiden Antennen werden geeignet kombiniert (d. h. miteinander multipliziert), um einen Satz von Profilen (eines für jede Frequenz) zu erzeugen, welche die von vorherbestimmten konischen Abschnitten 16' in der Szene emittierte Strahlung repräsentieren, die mit dem Strahlungskeulenmuster für die entsprechende Frequenz multipliziert wird.
• Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 insofern ähnlich, als daß die beiden Antennen steuerbar um eine Achse hin- und hergeschwenkt werden, welche zu den Antennenachsen senkrecht und zu der abgetasteten Szene parallel verläuft, d. h. um die Y-Achse. Anstatt jedoch die Antennen um eine Achse zu drehen, welche zu der Richtung auf die Szene ausgerichtet ist, wie es bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 getan wurde, bewegt dieses Ausführungsbeispiel die Antennen auf eine von mehreren verschiedenen Möglichkeiten, welche alle dahingehend wirken, daß sie die interferometrischen Fächerkeulen relativ zu der Szene verschieben.
• In einem Beispiel des interferometrischen Ausführungsbeispieles der Erfindung wird bewirkt, daß sich die beiden Antennen 13 und 13' relativ zu der Szene 11' längs einer Achse verschieben, welche senkrecht zu den Antennenachsen und parallel zu der Szene ist, d. h. der Y-Achse in Fig. 6 entspricht, während ein fester Abstand zwischen den beiden Antennen beibehalten wird. Die letztere Bewegung kann zweckmäßigerweise erreicht werden, indem die beiden Antennen auf einen oder zwei Satelliten montiert werden, die im nicht-geostrationären Orbit sind. Da jede Fächerkeule ein Interferometer bildet, dessen Antwort auf eine vorbestimmte Weise in Funktion einer Winkelrichtung variiert, kann diese Verschiebungsbewegung verwendet werden, um Mehrdeutigkeiten in der Winkelrichtung zu beheben, aus der das Signal zu einem bestimmten Zeitpunkt empfangen wurde. Wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 ist ein geeignetes Verfahren, um die bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung akkumulierten Daten zu verarbeiten, im Detail in dem oben identifizierten U.S.-Patent 4 724 439 sowie in der WO-A-8 505 188 beschrieben. Das Verfahren ist eine Multiplex-Version des in diesem Patent beschriebenen Verfahrens, wobei das beschriebene Verfahren n-fach wiederholt wird, einmal für jedes schmale Frequenzband.
• In zwei weiteren Beispielen des Interferometer-Ausführungsbeispieles der Erfindung werden die beiden Antennen 13 und 13' auf eine derartige Weise bewegt, daß ihr effektiver Abstand längs einer Achse senkrecht zu der Richtung auf die Szene 11' steuerbar verändert wird. In einem der Beispiele werden die Antennen veranlaßt, zusammen um eine Achse zu rotieren, welche parallel zu ihren eigenen Achsen ist, d. h. die X-Achse aus Fig. 6. In dem anderen Beispiel werden die beiden Antennen steuerbar aufeinander zu oder voneinander weg bewegt, d. h. längs der Y-Achse in Fig. 6. In beiden Fällen verändert der steuerbar variierte Abstand zwischen den beiden Antennen das Interferometer-Muster für jede Fächerkeule und erlaubt die Ansammlung von Daten, welche verwendet werden können, um in der spezifischen Richtung auf beliebige Strahlungsquellen, die die Antennen detektieren, Mehrdeutigkeiten zu beheben. Ein geeignetes Verfahren zum Kollabieren dieser Daten und zum Erzeugen eines Satzes von registrierten Bildern der Szene, wobei ein derartiges Bild für jede Frequenz vorgesehen ist, wird wiederum in dem oben erwähnten Patent bereitgestellt. Das auszuführende Verfahren ist eine Multiplex-Version eines ein-dimensionalen Apertur- Syntheseverfahrens, das in dem Patent beschrieben ist, wobei das beschriebene Verfahren n-fach wiederholt wird, je einmal für jedes schmale Frequenzband.
• Aus der vorgehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß die vorliegende Erfindung einen verbesserten radiometrischen Bildaufnehmer bereitstellt, welcher eine Serie von registrierten Bildern der Szene liefert, wobei jedes Bild dem Strahlungsmuster entspricht, das in einem eindeutigen, schmalen Frequenzband aufgenommen wurde. Ein Ausführungsbeispiel (Spinrad-Konfiguration) umfaßt eine einzige frequenzdispersive lineare Array- Antenne, welche ein auf einer Serie von konischen Fächerkeulen basierendes Ausgangssignal liefert, wobei die Antenne steuerbar um eine Achse hin- und hergeschwenkt und um eine senkrechte Achse derart gedreht wird, daß jede Fächerkeule jeden Abschnitt der Szene mehrmals schneidet. In alternativen Ausführungsbeispielen (RADSAR-Konfiguration) umfaßt der radiometrische Bildaufnehmer eine zweite frequenzdispersive lineare Antenne, welche parallel zu der ersten Antenne angeordnet ist, um ein Fächerkeulen-Interferometer zu erzeugen. Die pendelnde Bewegung der beiden Antennen, die entweder mit der Verschiebung der beiden Antennen, der Drehung der beiden Antennen um eine Achse parallel zu den Antennenachsen oder mit einer Bewegung der beiden Antennen aufeinander zu und voneinander weg gekoppelt ist, liefert hinreichende Daten, um die Erzeugung der registrierten Bilder zu ermöglichen.
• Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf das zur Zeit bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, werden die Fachleute erkennen, daß verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend ist die Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims (18)

1. Radiometrischer Bildaufnehmer zum Bestimmen des Frequenzspektrums einer zwei-dimensionalen Szene (11, 11'), mit

- einer frequenzdispersiven, linearen Antenne (13), die eine Längsachse aufweist und in Übereinstimmung mit längs einer Reihe von konischen Fächerkeulen (15) empfangener Strahlung ein Ausgangssignal liefert, wobei die Fächerkeulen (15) eindeutige Frequenzen (f&sub0;-fn) repräsentieren, welche sich über einen vorbestimmten Frequenzbereich erstrecken, und in einer Reihe von beabstandeten konischen Abschnitten (16) eine zwei-dimensionale Szene (11, 11') schneiden;

- Schaukelmitteln (17) zum steuerbaren Hin- und Herbewegen der linearen Antenne (13) um eine zu der Antennenachse im wesentlichen senkrechte und zu der Szene (11, 11') parallele Pendelachse, um zu bewirken, daß die beabstandeten konischen Abschnitte (16) die Szene (11, 11') auf eine vorherbestimmte Weise abtasten, so daß das Ausgangssignal Daten enthält, welche den Empfang der gesamten Strahlung in dem vorbestimmten Frequenzbereich von allen Teilen der Szene (11, 11') repräsentieren;

- Datenspeichermitteln (33) zum Extrahieren und Speichern von Daten, welche in dem von der linearen Antenne (13) gelieferten Ausgangssignal enthalten sind;

- zusatzbewegungsmitteln, um die lineare Antenne (13) auf eine weitere Weise steuerbar zu bewegen, so daß jede Fächerkeule (15) alle Teile der Szene (11, 11') mehrfach schneidet;

- Datenverarbeitungsmitteln (39), um die von den Datenspeichermitteln (33) gespeicherten Daten zu verarbeiten, um das Frequenzspektrum von im wesentlichen allen Teilen der Szene (11, 11') zu bestimmen.

2. Radiometrischer Bildaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegungsmittel Drehbewegungsmittel umfassen, um die lineare Antenne (13) um eine im wesentlichen sowohl zu der Antennenachse als auch zu der Pendelachse senkrechte Achse zu drehen; und daß die Schaukelmittel (17) und die Drehbewegungsmittel derart miteinander zusammenwirken, daß jeder konische Abschnitt (16) jeden Teil der Szene (11) mehrmals schneidet.

3. Radiometrischer Bildaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegungsmittel die lineare Antenne (13) über einen Bereich von im wesentlichen 360º drehen.

4. Radiometrischer Bildaufnehmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite frequenzdispersive, lineare Antenne (13'), welche im wesentlichen der ersten linearen Antenne (13) gleicht, wobei die erste und die zweite lineare Antenne (13, 13') in einer zu einander beabstandeten, parallelen Beziehung zueinander derart angeordnet sind, daß sie ein Interferometer zum Abtasten der Szene (11') bilden.

5. Radiometrischer Bildaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegungsmittel Mittel zum Verschieben der ersten und der zweiten linearen Antenne (13, 13') relativ zu der abgetasteten Szene (11') umfassen, wobei die Verschiebung in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der Antennen (13, 13') und parallel zu der Szene (11') erfolgt.

6. Radiometrischer Bildaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegungsmittel Mittel zum steuerbaren Drehen der ersten und der zweiten linearen Antenne (13, 13') um eine Achse umfassen, die parallel zu den Längsachsen der beiden Antennen (13, 13') verläuft, so daß der effektive Abstand zwischen den beiden Antennen (13, 13') längs einer zu der Richtung auf die Szene (11') senkrechten Achse steuerbar verändert wird.

7. Radiometrischer Bildaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbewegungsmittel Mittel zum steuerbaren Bewegen der ersten und der zweiten linearen Antenne (13, 13') aufeinander zu und voneinander weg umfassen, während ihre parallele Beziehung zueinander erhalten bleibt, so daß der effektive Abstand zwischen den beiden Antennen (13, 13') längs einer zu der Richtung auf Szene (11') senkrechten Achse steuerbar verändert wird.

8. Radiometrischer Bildaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsmittel (39) die gespeicherten Daten unter Verwendung eines modifizierten Radon-Transformationsalgorithmus verarbeiten.

9. Radiometrischer Bildaufnehmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsmittel (39) eine Vielzahl von registrierten Bildern der Szene (11, 11') erzeugen, wobei jedes Bild auf den gespeicherten Daten für ein eindeutiges Frequenzband in dem vorbestimmten Frequenzbereich basiert.

10. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren zum Bestimmen des Frequenzspektrums einer zwei-dimensionalen Szene (11, 11'), mit den Schritten:

- Bereitstellen einer frequenzdispersiven, linearen Antenne (13) mit einer Längsachse, wobei die Antenne (13) in Übereinstimmung mit längs einer Reihe von konischen Fächerkeulen (15) empfangener Strahlung ein Ausgangssignal liefert, wobei die Fächerkeulen (15) eindeutige Frequenzen (f&sub0;-fn) repräsentieren, welche sich über einen vorbestimmten Frequenzbereich erstrecken, und eine zwei-dimensionale Szene (11, 11') in einer Reihe von beabstandeten konischen Abschnitten (16) schneiden;

- steuerbares Hin- und Herbewegen der linearen Antenne (13) um eine Pendelachse, welche im wesentlichen senkrecht zu der Antennenachse und parallel zu der Szene (11, 11') ist, um zu bewirken, daß die beabstandeten konischen Abschnitte (16) die Szene (11, 11') auf eine vorbestimmte Weise abtasten, so daß das von der linearen Antenne (13) gelieferte Ausgangssignal Daten enthält, welche den Empfang der gesamten Strahlung in dem vorbestimmten Frequenzbereich von allen Teilen der Szene (11, 11') repräsentieren;

- Extrahieren und Speichern der in dem von der linearen Antenne (13) gelieferten Ausgangssignal enthaltenen Daten;

- steuerbares Bewegen der linearen Antenne (13) auf eine weitere Weise, so daß jede Fächerkeule (15) alle Teile der Szene (11, 11') mehrmals schneidet;

- Verarbeiten der in dem Schritt des Extrahierens und Speicherns gespeicherten Daten, um das Frequenzspektrum von im wesentlichen allen Teilen der Szene (11, 11') zu bestimmen.

11. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des steuerbaren Bewegens einen Schritt des steuerbaren Drehens der linearen Antenne (13) um eine Achse umfaßt, welche im wesentlichen sowohl zu der Antennenachse als auch zu der Pendelachse senkrecht ist; und daß der Schritt des steuerbaren Hin- und Herbewegens sowie der Schritt des steuerbaren Drehens miteinander derart koordiniert sind, daß jeder konische Abschnitt (16) jeden Teil der Szene (11) mehrmals schneidet.

12. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des steuerbaren Drehens die lineare Antenne (13) über einen Bereich von im wesentlichen 360º dreht.

13. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Bereitstellens einer zweiten frequenzdispersiven, linearen Antenne (13'), welche im wesentlichen ähnlich zu der ersten linearen Antenne (13) ist, wobei die erste und die zweite lineare Antenne (13, 13') in zueinander beabstandeter, paralleler Beziehung zueinander derart angeordnet sind, daß sie ein Interferometer zum Abtasten der Szene (11') bilden.

14. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des steuerbaren Bewegens einen Schritt des Verschiebens der ersten und der zweiten linearen Antenne (13, 13') relativ zu der abgetasteten Szene (11') umfaßt, wobei die Verschiebung in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen der Antennen (13, 13') und parallel zu der Szene (11') erfolgt.

15. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des steuerbaren Bewegens einen Schritt des steuerbaren Drehens der ersten und der zweiten linearen Antenne (13, 13') um eine zu den Längsachsen der beiden Antennen (13, 13') parallele Achse umfaßt, so daß der effektive Abstand zwischen den beiden Antennen (13, 13') längs einer zu der Richtung auf die Szene (11') senkrechten Achse steuerbar verändert wird.

16. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des steuerbaren Bewegens einen Schritt des steuerbaren Bewegens der ersten und der zweiten linearen Antenne (13, 13') aufeinander zu und voneinander weg umfaßt, während ihre parallele Ausrichtung zueinander erhalten bleibt, so daß der effektive Abstand zwischen den beiden Antennen (13, 13') längs einer zu der Richtung auf die Szene (11') senkrechten Achse steuerbar verändert wird.

17. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verarbeitens einen Schritt des Verarbeitens der gespeicherten Daten unter Verwendung eines modifizierten Radon-Transformationsalgorithmus umfaßt.

18. Radiometrisches Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 10-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verarbeitens einen Schritt des Erzeugens von einer Vielzahl von registrierten Bildern der Szene (11, 11') umfaßt, wobei jedes Bild auf den gespeicherten Daten für ein bestimmtes Frequenzband in dem vorbestimmten Frequenzbereich basiert.