DE4235071C2

DE4235071C2 - Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen

Info

Publication number: DE4235071C2
Application number: DE4235071A
Authority: DE
Inventors: Horst Prof Dipl In Kaltschmidt; Helmut Dipl Ing Dr Klausing
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1992-10-17
Filing date: 1992-10-17
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2012-10-18
Also published as: DE4235071A1

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 R_omax errechnet sich mit der Pulswieder holfrequenz f_P 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 = ω_o·L die Umlaufgeschwindigkeit des rotierenden Armes, z. B. eines Rotorblattes, n dem Ort, an dem die Antenne angeordnet ist und λ die verwendete Wellenlänge. Diese Abschätzung gilt für Entfernungen R_G0, die groß gegen die Rotorlänge L und H_o sind, d. h. es ist R_G0 » L und gleichzeitig R_GO » H_o. Für den maximal möglichen Öffnungswinkel γ von 180° beträgt die Dopplerbandbreite

Die Dopplerbandbereite B_Doppler muß bei komplexer Signalverarbeitung zur Erfüllung des Abtasttheorems mit einer Mindestfrequenz von B_Doppler 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 1,5fache der Dopplerbandbreite B_Doppler betragen.

Aus den Druckschriften DE 32 10 400 A1 und DE 30 41 459 C2 sind Radargeräte für Frequenzverschiebungsverfahren bekannt, und aus den Druckschriften DE 29 36 168 C2 und DE 26 52 665 C2 solche für ein Formselektionsverfahren, aber keine dieser Offenbarungen können als hubschraubertypisch angesprochen werden und dienen nur zur eindeutigen Entfernungsmessung. Eine Nutzung der Impulse um die Dopplerhistorie von Reflexionen in einem großen Entfernungsbereich darzustellen, ist weder vorgesehen, noch wird eine solche nahegelegt.

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.

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 unterscheidbare 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 Sendeoszillator 3 auf. Die Frequenz des Sendeoszillators 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

f_n = f₁+k·n·B_Doppler

erhöht, bis die Bedingung

erhalten wird; in dieser Formel ist kein Faktor größer als 1, B_Doppler die Dopplerbandbreite, T_P die Periodendauer, d. h. der Reziprokwert der Impulswiederholfrequenz f_P und R_omax 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

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 aus zu erfassenden Entfernungsintervallen als Empfangssignale mit vorgegebener Referenzfunktion, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Sendeimpulse unterschiedliche, beim Empfang unterscheidbare charakteristische Eigenschaften entsprechend eines Frequenzverschiebeverfahrens oder eines Formselektionsverfahrens aufweisen, wobei Folgen von Sendeimpulsen mit jeweils einer solchen Anzahl von Impulsen ausgesendet werden, daß die Empfangssignale aus allen Entfernungsintervallen bis zu einer gewünschten maximalen Entfernung Roman eindeutig unterscheidbar sind und die Sendeimpulsfolgen periodisch wiederholt werden.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Eigenschaft der Sendeimpulse die Sendefrequenz ist und die aufeinanderfolgenden Sendeimpulse solche Frequenzen (f) aufweisen, die sich zumindest um die Dopplerbandbreite der Empfangssignale des Radargerätes unterscheiden oder innerhalb einer Sendeimpulsfolge die Frequenz der Sendeimpulse stetig angehoben wird.

3. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz aufeinanderfolgender n-Sendeimpulse, ausgehend von der Grundfrequenz f₁ = c/λdes ersten Sendeimpulses gemäß der Formelf_n = f₁ + k·n·B_Dopplererhöht wird, wobei B_Doppler die Dopplerbandbreite der Empfangssignale ist, und daß die Frequenzerhöhung so lange fortgesetzt wird, bis die Bedingungn·T_p = 2·R_omax/cerfüllt ist, wobei f_p die Pulswiederholfrequenz des Radargerätes, c die Lichtgeschwindigkeit und R_omax die gewünschte maximale eindeutig meßbare Entfernung ist, aus der Rückstreusignale und damit Empfangssignale zu erwarten sind.

4. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die charakterische Eigenschaft der Sendeimpulse die unterschiedliche Signalform ist, die beispielsweise durch eine Pseudo-Rauschkodierung erzielt wird.