DE4235071A1 - Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen - Google Patents

Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen

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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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Description

Ein Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen (ROSAR) ist aus der DE-PS 39 22 086 bekannt. Die Sende- und Empfangsantennen sind an den Enden eines rotierenden Armes, z. B. eines Hubschrauberrotors oder eines Drehkreuzes oberhalb der Rotorachse angeordnet. Das Radarverfahren mit synthetischer Apertur beruht auf der Auswertung der Dopplerinformation für jeden einzelnen Punkt am Boden innerhalb der realen Antennenkeule und setzt daher eine Relativbewegung der Antenne und ein gepulstes kohärentes Radargerät voraus. Die Relativbewegung der Antenne wird bei einem ROSAR-Gerät durch die Rotationsbewegung der Antenne gegenüber dem zu detektierenden Objekt erzeugt. Das Empfangssignal wird Puls für Puls mit einem aus der Beleuchtungsgeometrie abgeleiteten Satz von Referenzfunktionen kreuzkorreliert, wobei für jedes Entfernungsintervall eine eigene Referenzfunktion erzeugt werden muß.
Um mit einem solchen Radargerät eine eindeutige Antwort zu erhalten, müssen die Rückstreusignale aus allen zu erfassenden Entfernungsintervallen empfangen werden, bevor der nächste Sendeimpuls abgegeben wird. Dies bedeutet zwangsläufig eine relativ niedrige Pulswiederholfrequenz, wenn auch Ziele in großen Entfernungen erfaßt werden sollen. Die eindeutig meßbare Zielentfernung Romax errechnet sich mit der Pulswieder­ holfrequenz fP und der Lichtgeschwindigkeit c zu:
Dies bedeutet zwangsläufig eine relativ niedrige Pulswiederholfrequenz, wenn auch Ziele in großen Entfernungen eindeutig erfaßt werden sollen. Das Empfangssignal eines ROSAR-Gerätes kann als Summe von Punktzielantworten mit einer Dopplerbandbreite
mit dem Öffnungswinkel der Antenne in Azimut γ abgeschätzt werden. Hierbei ist v = ωo · L die Umlaufgeschwindigkeit des rotierenden Armes, z. B. eines Rotorblattes, an dem Ort, an dem die Antenne angeordnet ist und λ die verwendete Wellenlänge. Diese Abschätzung gilt für Entfernungen RG0, die groß gegen die Rotorlänge L und Ho sind, d. h. es ist RG0 » L und gleichzeitig RG0 » Ho.
Für den maximal möglichen Öffnungswinkel γ von 180° beträgt die Dopplerbandbreite
Die Dopplerbandbreite BDoppler muß bei komplexer Signalverarbeitung zur Erfüllung des Abtasttheorems mit einer Mindestfrequenz von BDoppler abgetastet werden. Diese Abtastfrequenz stellt die minimal notwendige Pulswiederholfrequenz dar. Im praktischen Gebrauch sollte die Pulswiederholfrequenz möglichst noch höher liegen, z. B. sollte sie das 1.5-fache der Dopplerbandbreite BDoppler betragen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Radargerät der in Rede stehenden Art anzugeben, bei dem auch aus großen Entfernungen eindeutig unterscheidbare Antwortsignale erhalten und ausgewertet werden können.
Der wesentliche Gedanke der Erfindung liegt nun darin, daß aufeinanderfolgende Sendeimpulse unterschiedliche, beim Empfang unterscheidbare charakteristische Eigenschaften aufweisen. Dies kann z. B. die Signalform oder bevorzugt die Signalfrequenz sein.
Um auch für große Abtastentfernungen unterscheidbare Antwortsignale zu erhalten, werden Folgen von Sendeimpulsen mit jeweils einer solchen Anzahl von Impulsen ausgesendet, daß die Empfangssignale aus allen Entfernungsintervallen bis zu der gewünschten maximalen Entfernung unterscheidbar sind. Derartige Folgen, in denen sich z. B. aufeinanderfolgende Sendeimpulse in ihrer Frequenz unterscheiden, werden vorzugsweise periodisch wiederholt. Bevorzugt wird der erste Sendeimpuls einer derartigen Folge mit einer Grundfrequenz ausgesendet, wonach dann die Frequenzen der darauffolgenden Sendeimpulse in Sprüngen und so lange erhöht werden, bis aus allen Entfernungsintervallen bis zur gewünschten maximalen Entfernung eindeutig unter­ scheidbare Empfangssignale erhalten werden.
Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher erläutert, wobei in dieser Figur ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines ROSAR-Gerätes gemäß der Erfindung gezeigt ist.
Das Radargerät weist eine Sendeantenne 1, einen Schalter 2 für die Sendeantenne und einen Senderoszillator 3 auf. Die Frequenz des Senderoszillators 3 kann über Steuereingänge 4 mit Hilfe von periodischen Folgen von Taktsignalen, die etwa von einem Ringzähler 5 geliefert werden, variiert werden. Der Ringzähler 5 wird, ebenso wie der Schalter 2, durch einen Taktgeber 6 angesteuert.
Empfangsseitig weist das Radargerät eine Empfangsantenne 7 auf, ferner einen Quadraturdemodulator 8, einen Analog-Digital-Wandler 9, einen Speicher 10 für die Empfangssignale, einen Korrelator 11, einen Speicher 12 für Referenzfunktionen und einen Prozessor 13 zum Erzeugen und Prozessieren der Referenzfunktionen.
Die Sendeimpulse werden periodisch in Folgen aus mehreren Sendeimpulsen ausge­ sendet, wobei der erste Sendeimpuls mit einer Frequenz
ausgesendet wird, wobei in der Formel c die Lichtgeschwindigkeit und λ die verwendete Wellenlänge ist. Die folgenden n-Impulse werden in der Frequenz nach der Formel
fn =f1+k·n·BDoppler
erhöht, bis die Bedingung
erhalten wird; in dieser Formel ist k ein Faktor größer als 1, BDoppler die Dopplerbandbreite, TP die Periodendauer, d. h. der Reziprokwert der Impulswiederholfrequenz fp und Romax die eindeutig meßbare Zielentfernung, aus der noch eindeutige Antwortsignale erhalten werden sollen und c die Lichtgeschwindigkeit.
Nach Erreichen der höchsten Frequenz wird die Folge der Sendeimpulse, beginnend wiederum mit der unteren Frequenz f1, periodisch wiederholt. Die Periodizität wird durch den Taktgeber in Verbindung mit dem Ringzähler 5 sichergestellt.
Die von der Antenne 7 empfangenen Empfangssignale werden als Zwischenfrequenz­ signale dem Quadraturdemodulator 8 zugeführt und durch Quadraturmischung verar­ beitet sowie in zwei Komponenten, die Inphase- und die Quadraturkomponente, zerlegt. Diese Signale werden im Analog-Digital-Wandler 9 analog/digital gewandelt, im Speicher 10 abgelegt und dem Korrelator 11 zugeführt. Dieser Korrelator erhält über den Speicher 12 auch jeweils Referenzfunktionen, die in dem Prozessor 13 generiert und prozessiert werden. Die Generierung und Prozessierung sowie die Eingabe der Referenzfunktionen und der behandelten Empfangssignale in dem Korrelator 11 erfolgt taktgesteuert für die einzelnen Entfernungsintervalle. Hinsichtlich des empfangsseitigen Aufbaus des Radargerätes sei auf die bereits erwähnte DE-PS 39 22 086 verwiesen, so daß sich nähere Erläuterungen erübrigen.
In Abwandlung des angegebenen Frequenz-Verschiebeverfahrens kann auch ein Form-Selektionsverfahren zum Erfolg führen. Hierzu wird vorgeschlagen, die n zu unterscheidenden Sendeimpulse durch geeignetes "Signal-Design" unterscheidbar zu machen, beispielsweise durch Pseudo-Rausch-Kodierung. Die Empfängerseite ist natürlich auf die verschiedenen Signale umzuschalten.

Claims (9)

1. Radargerät mit synthetischer Apertur, mit zumindest einer an einem rotierenden Arm angeordneten Sende- und Empfangsantenne (ROSAR) zum Aussenden von aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen und zum Empfangen der rückgestreuten Sendeimpulse als Empfangssignale, sowie mit Einrichtungen zum Korrelieren der Empfangssignale mit vorgegebenen Referenzfunktionen, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Sendeimpulse unterschiedliche, beim Empfang unter­ scheidbare charakteristische Eigenschaften aufweisen.
2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Folgen von Sendeim­ pulsen mit jeweils einer solchen Anzahl von Sendeimpulsen ausgesendet werden, daß die Empfangssignale aus allen Entfernungsintervallen bis zu einer gewünschten maximalen Entfernung Romax eindeutig unterscheidbar sind.
3. Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folge von Sendeim­ pulsen periodisch wiederholt wird.
4. Radargerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Eigenschaft der Sendeimpulse die Signalform ist.
5. Radargerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Signalformen durch Pseudo-Rausch-Kodierung vorgesehen sind.
6. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Eigenschaft der Sendeimpulse die Sendefrequenz ist.
7. Radargerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Sendeimpulse Frequenzen (t) aufweisen, die sich zumindest um die Dopplerband­ breite der Empfangssignale des Radargerätes unterscheiden.
8. Radargerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Folge von Sendeimpulsen die Frequenz aufeinanderfolgender Sendeimpulse stetig angehoben wird.
9. Radargerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz auf­ einanderfolgender n-Sendeimpulse, ausgehend von der Grundfrequenz des ersten Sendeimpulses gemäß der Formel
fn=f1+k·n·BDoppler
erhöht wird, wobei BDoppler die Dopplerbandbreite der Empfangssignale ist, und daß die Frequenzerhöhung so lange fortgesetzt wird, bis die Bedingung erfüllt ist, wobei fP die Pulswiederholfrequenz des Radargerätes, c die Lichtge­ schwindigkeit und Romax die gewünschte maximale eindeutig meßbare Entfernung ist, aus der Rückstreusignale und damit Empfangssignale zu erwarten sind.
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