DE4423899C1

DE4423899C1 - Verfahren zur Detektion, Lokalisierung und Geschwindigkeitsbestimmung von Bewegtzielen aus Radar-Rohdaten eines von einem Träger mitgeführten, kohärenten, ein- oder mehrkanaligen Abbildungssystems

Info

Publication number: DE4423899C1
Application number: DE4423899A
Authority: DE
Inventors: Joao Dr Moreira; Wolfgang Dr Rer Nat Keydel
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2014-07-09
Also published as: US5539408A; FR2722302B1; FR2722302A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion, Lokalisie rung und Geschwindigkeitsbestimmung von Bewegtzielen aus Ra dar-Rohdaten eines von einem Träger mitgeführten, kohärenten, ein- oder mehrkanaligen Abbildungssystems (SAR) nach dem Ober begriff des Patentanspruchs.

Entscheidend für eine Prozessierung von SAR-Rohdaten ist eine durch die Bewegung einer Trägerplattform erzeugte Doppler-Co dierung der empfangenen Signale. Ein SAR-Prozessor ordnet grundsätzlich alle Ziele in genau radialer Richtung (d. h. senkrecht zur Flugrichtung) im Bild an, deren Dopplerfrequenz null (0) zu sein scheint. Deswegen können grundsätzlich unbe wegte Festziele genau fokussiert und positioniert werden.

Dabei werden jedoch Ziele, die sich in einer Festziel-Umgebung bewegen und die damit eine andere Relativgeschwindigkeit zum Flugzeug haben als die Festziele u. U. nicht angezeigt oder nicht fokussiert bzw. sie werden, je nach unterschiedlicher Dopplerfrequenz entsprechend ihrer Radialgeschwindigkeit ge genüber ihrer tatsächlichen Position versetzt, an falschen Stellen im Bild angezeigt. (Der tangentiale Versatz gegenüber der ursprünglichen, tatsächlichen Position ist dabei direkt ein Maß für die Radialgeschwindigkeit).

Das Problem der Parameter-Bestimmung von Bewegtzielen bezüg lich Ort, Geschwindigkeit, Amplitude usw., mit SAR wurde zuerst von K. Raney 1971 untersucht. (Siehe R.K. Raney, Syn thetic Aperture Imaging Radar and Moving Targets, IEEE Trans actions AES-7, No.3, May 1971.) Die damals vorwiegend opti schen Methoden einer SAR-Prozessierung gestatten nur sehr un vollkommene Angaben über das Vorhandensein, den genauen Ort und die Geschwindigkeit von Bewegtzielen.

Heute jedoch gewinnt die Beobachtung und Vermessung von Be wegtzielen zunehmend an Bedeutung, weil die Rechner-Technolo gie und damit auch die SAR-Prozessierungstechnik entsprechend weit entwickelt ist. Bisher wird nach folgenden vier Methoden eine Lösung des Problems versucht:

1. In dem Artikel "Simple MTI using Synthetic Aperture Ra dar" IGARSS 84 Proc., ESA SP215, Stn. 65 bis 70 schlägt A. Freeman vor, eine sehr hohe Pulswiederholfrequenz und eine schmale Antennenkeule zu benutzen. Dabei treten je doch Frequenzbereiche auf, in denen keine Festziele er scheinen, jedoch die Signale grundsätzlich bewegter Ziele mit entsprechenden Radialgeschwindigkeiten. Damit können bewegte Ziele erkannt und deren Radialgeschwindigkeit be stimmt werden.
2. Ferner ist von Klemm und Ender in "New Aspects of Airborne MTI IEEE Proc. International Radar Conference, Washing ton, Mai 1990" vorgeschlagen worden, zum Empfang von SAR- Signalen einen Array von vier Antennen und vier Empfangs kanälen zu benutzen. Damit sei es möglich, den Geschwin digkeitsvektor bewegter Ziele in einer Clutter-Umgebung innerhalb des Clutter-Frequenzbandes zu bestimmen.
3. K. Ouchi schlägt ein Multilook-Verfahren vor, bei welchem die Änderung der Positionen von Bewegtzielen durch Chan ge-Detektion bei Betrachtung mehrerer hintereinander auf genommener Bilder bestimmt wird (Multilook) (siehe K. Ou chi "On the Multilook Images of Moving Targets by SAR" IEEE Transactions AP-33, No.8, August 1985, Stn. 823 bis 827).
4. S. Barbarossa und A. Farina schlagen die Benutzung einer Wigner-Ville-Verteilung zur Detektion und Fokussierung von Bewegtzielen vor (siehe S. Barbarossa und A. Farina "A Novel Procedure for Detecting and Focusing Moving Ob jects with SAR Based On The Wigner-Ville Distribution IEEE Proc. International Radar Conference, Washington, Mai 1990"). Dieses ist eine dem Matched-Filter-Verfahren ähnliche Datenverarbeitung.

Die von K.Ouchi sowie S.Barbarossa und A. Farina vorgeschlage nen Verfahren sind theoretische, noch nicht realisierte Vor schläge zur Trennung von Fest- und Bewegtzielen. In beiden Fällen wird ein sehr hohes Signal/Clutter-Amplitudenverhältnis benötigt. Eine genaue Positionierung ist schwierig und die Messung des Geschwindigkeitsvektors ist äußerst ungenau.

Das von Klemm und Ender vorgestellte Verfahren ist sehr viel versprechend; es wird allerdings ein sehr hoher Hardware-Auf wand in Form von vier Antennen mit vier Empfangskanälen benö tigt; das bedeutet u. a. auch ein hohes Gewicht, ein Umstand der besonders in Anwendungen in Satelitten negativ ins Gewicht fällt. Außerdem treten grundsätzliche Blindzonen auf, inner halb deren eine Geschwindigkeitsmessung nicht möglich ist. Obendrein erstreckt sich der Meßbereich grundsätzlich von 3 km/h bis 600 km/h.

Mit dem Verfahren von A. Freeman können nur schnelle Ziele de tektiert werden, und es werden nur entweder Bilder der Fest ziele oder der Bewegtziele, aber nicht beide auf einmal erhal ten. Außerdem ist nur eine Messung der radialen Geschwindig keitskomponente möglich, die Tangentialkomponente kann nicht bestimmt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bewegte Ziele in einer Clutter-Umgebung zu detektieren, sie als solche zu erkennen und genau zu positionieren, und ihren Geschwindigkeitsvektor nach Betrag und Richtung zu bestimmen, so daß außer dem durch die Signalamplitude gegebenen Radarrückstreu-Querschnitt so wohl die Radial- als auch die Tangentialgeschwindigkeit des Zieles möglichst genau gemessen werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung bei dem Verfahren zur Detektion, Lokalisierung und Geschwindigkeitsbestimmung von Bewegtzielen aus Radar-Rohdaten eines von einem Träger mitge führten kohärenten ein- oder mehrkanaligen Abbildungssystems (SAR) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs durch die Merk male in dessen kennzeichnenden Teil gelöst.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch Auswerten des Azi mutspektrums von Radarrohdaten gemäß dem Patenanspruch gelöst. Bei dem Auswerten eines Azimutspektrums werden zwei Verfahren angewendet, einmal ein Verfahren zur Bestimmung des Frequenzversatzes des Rückstreu- Verhältnisanteils des Azimutspektrums, das in DE 39 22 428 C2 der Anmelderin beschrieben ist, und ein Verfahren zur Detek tion, Lokalisierung und Bestimmung der Tangential- und der Ra dialgeschwindigkeit von Bewegtzielen. Das zum Auswerten des Azimutspektrums von Radarrohdaten benötigte Verfahren zur De tektion, Lokalisierung und Bestimmung der Tangential- und Ra dialgeschwindigkeit der Bewegtziele wird nachstehend im ein zelnen beschrieben. Beide Verfahren können mit Hilfe eines Ar ray-Prozessors bzw. eines Parallelrechners in Echtzeit oder auch durch ein konventionelles Rechnersystem off-line durchge führt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aus führungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1a schematisch eine generelle Darstellung einer Radargeo metrie;

Fig. 1b ein Azimutspektrum eines Entfernungstors in Form eines Diagramms;

Fig. 2a bis 2c schematische Darstellungen von Diagrammen, wel che in ihrer Gesamtheit ein Azimutspektrum bilden, wo bei
Fig. 2a schematisch das Azimutspektrum eines Entfernungstors,
Fig. 2b den schematischen Verlauf eines Spektrums eines Anten nendiagramms und
Fig. 2c den schematischen Verlauf eines Spektrums eines Rück streuverhältnisses wiedergeben;

Fig. 3 den schematischen Verlauf eines Azimutspektrums zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (t = 0 und t = Δt) sowie deren Korrelation, wobei kein Bewegtziel vorhan den ist;

Fig. 4 analog zu der Darstellung in Fig. 3 den schematischen Verlauf eines Azimutspektrums zu zwei verschiedenen Zeitpunkten (t = 0 und t = Δt) sowie deren Korrela tion, wobei ein Bewegtziel vorhanden ist;

Fig. 5a bis 5c eine schematische Wiedergabe eines optischen Originalbildes, eines SAR-Bildes bzw. einer Dopplerra te-Karte, und

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei Verfahren zur Extraktion von Bewegungsfehlern wird grund sätzlich das Azimutspektrum der Radar-Rohdaten und insbesonde re der aus dem Rückstreuverhältnis stammende Anteil ausgewer tet; nachstehend wird dieses Verfahren der Einfachheit halber als Versatzverfahren bezeichnet.

In Fig. 1a ist ein Beispiel einer üblichen Radargeometrie und des entsprechenden Azimutspektrums wiedergegeben. Ein Träger eines Radarsystems in Form eines schematisiert angedeuteten Flugzeugs 1 soll mit einer Geschwindigkeit V_v fliegen und da mit einen Geschwindigkeitsfehler V_b in der Blickrichtung einer nicht näher dargestellten Antenne haben, deren Hauptkeule schematisiert wiedergegeben ist. Die beiden Geschwindigkeits größen V_v und V_b sind von der Zeit t abhängig und sind daher in der Zeichnung und nachstehend als V_v(t) bzw. V_b(t) bezeich net. Mit der an dem Flugzeug 1 angebrachten Radar-Antenne wird ein abzubildendes Gelände mit der Antennen-Hauptkeule beleuch tet, welche quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Als zu erfassende Ziele sind beispielsweise Punktziele A, B, C, D und E in einem gewissen Entfernungstor Et vorgegeben. In der Fig. 1 sind nur die Punktziele A, B und C beleuchtet.

Aufgrund der Fluggeschwindigkeit V_v(t) und der Geschwindigkeit V_b(t) in Blickrichtung enthält jedes Rückstreusignal einen durch die nachstehende Gleichung wiedergegebenen Frequenz- oder Dopplerversatz

wobei ϑ der Winkel zwischen der Radarsichtlinie zu dem jewei ligen Punktziel und der Linie senkrecht zum Flugweg ist, (die in dem dargestellten Beispiel durch den Zielpunkt B verläuft) und wobei mit λ die Wellenlänge des ausgesendeten Radarimpul ses bezeichnet ist.

Für das Punktziel A wird mit einem Winkel ϑ < 0 und mit der Fluggeschwindigkeit V_v(t) ein positiver Frequenzversatz er zeugt, während für das Punktziel C bei einem Winkel ϑ < 0 mit einer Fluggeschwindigkeit V_v(t) ein negativer Frequenzversatz erzeugt wird. Für das Punktziel B(= 0) entsteht durch die Ge schwindigkeit V_v(t) kein Frequenzversatz.

In Fig. 1b ist schematisch ein Azimutspektrum des Entfernungs tors Et dargestellt, wobei auf der senkrechten Achse die Fre quenz f und auf der waagrechten Achse die Leistung S bezüglich der drei Punktziele A, B und C aufgetragen ist. Ferner ist links neben der senkrechten Achse angedeutet, daß in positiver Richtung die Frequenz f größer 0 und in die negative Richtung kleiner 0 ist.

In Fig. 2a bis 2c ist in schematischen Kurvenverläufen die Zu sammensetzung eines Azimutspektrums wiedergegeben, wobei in den einzelnen Darstellungen auf der senkrechten Achse jeweils die Frequenz f und auf der waagrechten Achse die Leistung S aufgetragen sind. Wie insbesondere in den Fig. 2b und 2c zu entnehmen ist, setzt sich das in Fig. 2a schematisch wiederge gebene Azimutspektrum eines Entfernungstors Et im wesentlichen aus dem Produkt des in Fig. 2b dargestellten Antennendiagramms in der Azimutrichtung und des durch die jeweiligen Zielpunkte beispielsweise A, B und C gegebenen und in Fig. 2c dargestell ten Rückstreuverhältnisses zusammen, wobei unter Rückstreuver hältnis das Verhältnis zwischen der Leistung eines empfangenen und eines gesendeten Signals verstanden wird.

Der in Fig. 2b wiedergegebene Antennendiagramm-Anteil eines Azimutspektrums ist durch einen Driftwinkel und durch die Ge schwindigkeit in der Antennen-Blickrichtung nach der folgenden Gleichung in der Frequenz versetzt, wobei sich für den Fre quenzversatz f_a ergibt:

wobei ϕ(t) der Driftwinkel des Trägers ist.

Der Anteil des Rückstreusignal-Verhältnisses des Azimutspek trums wird nur durch die Geschwindigkeit in der Antennen-Blick richtung entsprechend der nachstehenden Gleichung in der Fre quenz versetzt. Für diesen Frequenzversatz fr ergibt sich dann:

Der Grundgedanke bei einem Verfahren zur Extraktion der Bewe gungsfehler eines ein kohärentes Abbildungs-Radarsystem mit führenden Trägers besteht darin, daß die beiden in Fig. 2b und 2c schematisch wiedergegebenen beiden Anteile eines Azimut spektrums, nämlich der Antennendiagramm-Anteil und der Rück streuverhältnis-Anteil voneinander getrennt und separat ausge wertet werden.

Bei dem in DE 39 22 428 C2 beschriebenen Versatzverfahren wird der Versatz zwischen zwei in der Zeit aufeinanderfolgenden Azimutspektren ausgewertet. In Fig. 3 sind zwei solcher Azimut spektren dargestellt, und zwar im oberen Teil für die Zeit t=0 und im unteren Teil für die Zeit t = Δt. In den beiden Azimut spektren sind auf der Ordinate die Leistung S in Abhängigkeit von der Frequenz f(H_z) auf der Abszisse aufgetragen. Ferner ist in dem unteren Diagramm ein Versatz ΔF gegenüber dem Azi mutspektrum im oberen Teil der Fig. 3 eingezeichnet.

Bei Einsatz des aus DE 39 22 428 C2 bekannten Verfahrens muß das abzubildende Gebiet unterschiedliche Rückstreuverhältnisse aufweisen, so daß die das Rückstreuverhältnis wiedergebenden Kurven keinen konstanten Verlauf haben, wie es bei den beiden in Fig. 3 dargestellten Azimutspektren der Fall ist. Hierbei hat der Verlauf eines Rückstreuverhältnisses immer eine nega tive Frequenzverschiebung, da ein das Radarsystem mitführender Träger (1) immer in Vorwärtsrichtung fliegt und damit alle Streuer, d. h. alle Objekte, die vom Radar beleuchtet und rück gestreut werden, einen negativen Verlauf des Dopplerversatzes erhalten.

Daher sind zwei nacheinander aufgenommene Spektren einander sehr ähnlich. Der Frequenzversatz Δ(t) eines Rückstreuver hältnisanteils des Azimutspektrums in Abhängigkeit von einer Vorwärtsgeschwindigkeit V_v(t) und einer Geschwindigkeit V_b(t) in Blickrichtung des Trägers (1) beträgt dann gemäß DE 39 22 428 C2:

wobei R die Entfernung des Entfernungstors von einer an dem Träger (1) angebrachten Antenne, Δt der Zeitabstand zwischen zwei nacheinander aufgenommenen Spektren und λ die Wellenlänge des Sendesignals sind. Der Frequenzversatz ΔF läßt sich, wie der rechte Graph in Fig. 3 zeigt, durch die Position des Maxi mums der Korrelation der beiden Spektren bestimmen. Bei den in Fig. 3 wiedergegebenen Kurvenverläufen war kein Bewegtziel vor handen.

Nunmehr wird ein Bewegtziel mit einer Geschwindigkeit in Azi mut- oder Flugrichtung des Trägers (1) und eine Geschwindig keit quer zur Flugrichtung bzw. in Entfernungsrichtung be trachtet. Die Geschwindigkeit v_T in Azimutrichtung wird mit Tangentialgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit v_R in Entfe rnungsrichtung wird mit Radialgeschwindigkeit bezeichnet. Mit den Geschwindigkeiten v_T und v_R kann die vorstehend wieder gegebene Gleichung folgendermaßen dargestellt werden:

wobei die Geschwindigkeit v_T(t) in Azimutrichtung die gleiche Richtung wie die Vorwärtsgeschwindigkeit V_v(t) und die Radial geschwindigkeit v_R(t) die gleiche Richtung wie die Geschwin digkeit V_b(t) in Blickrichtung hat. Mit ΔF_m(t) ist der Fre quenzversatz und mit v_R(t) ist die Radialbeschleunigung des Bewegtziels bezeichnet.

Die Dopplerrate D_m(t) des Bewegtzieles ist durch die nachste hende Gl. (3) gegeben:

D_m(t) = ΔF_m(t)/Δt (3).

Die Bewegungsfehler des Trägers sollen bekannt oder korrigiert sein, so daß V_v(t) = V_v und V_b(t) = 0 sind. Damit beträgt die Dopplerrrate des Bewegtzieles:

Unter der Annahme, daß das Bewegtziel wesentlich stärker als der Untergrund rückstreut, werden beispielsweise die Azimut spektren erhalten, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Durch die Bildung der Korrelation zwischen den benachbarten in Fig. 4 links wiedergegebenen Azimutspektren ist der Frequenzversatz des dominierenden und auch am stärksten reflektierenden Ziels das Frequenzversatz-Ergebnis der Korrelation. Diese Eigen schaft ist sowohl für die direkte Messung des Frequenzversat zes des stark reflektierenden Ziels mittels der Korrelation benachbarter Azimutspektren als auch für eine Detektion von stark reflektierenden Bewegtzielen entscheidend.

Der in Fig. 4 rechte Graph zeigt das Korrelationsergebnis mit zwei Spitzen. Die von links nach rechts gesehen erste Spitze, welche in Fig. 4 mit ΔF bezeichnet ist, entsteht aufgrund des Frequenzversatzes des Geländes. Die zweite rechts von der er sten Spitze wiedergegebene Spitze, die mit ΔF_m bezeichnet ist, entsteht aufgrund des Bewegtzieles und ist gleichzeitig das Maximum der Korrelation, da das Bewegtziel stärker als das Ge lände rückstreut.

Für bewegungskompensierte Rohdaten ist eine konstante Doppler rate zu erwarten, die durch Gl. (1) gegeben ist:

da V_v(t) = V_v und _b(t) = 0 sind.

In Fig. 5a ist eine Landschaft mit einer Straße und zwei Be wegtzielen A′ und B′ wiedergegeben. Die Landschaft wurde mit tels eines Abbildungsradars aufgenommen, dessen Flugrichtung in Fig. 5A eingetragen ist. Das Ziel A′ bewegt sich in Flug- bzw. Tangentialrichtung und das Ziel B′ bewegt sich sowohl in Flug- als auch in Entfernungsrichtung (Radialrichtung).

Das entsprechende SAR-Bild ist in Fig. 5b wiedergegeben. Das Ziel A′ erscheint aufgrund seiner Tangentialgeschwindigkeit unscharf auf dem SAR-Bild, während das Ziel B′ aufgrund seiner Radialgeschwindigkeit überhaupt nicht auf dem SAR-Bild er scheint. Hieraus ist eindeutig zu ersehen, daß eine SAR-Abbil dung für eine Bewegtziel-Detektion allein nicht geeignet ist.

Zur Detektion, Lokalisierung und Geschwindigkeitsbestimmung eines Bewegtzieles wird daher gemäß der Erfindung auf die Be rechnung einer Dopplerrate-Karte bzw. einer Frequenzversatz- Karte zurückgegriffen. Die Beziehung zwischen Dopplerrate und Frequenzversatz ist durch Gl. (3) gegeben. Hierbei sind in Fig. 6 in einem gestrichelt eingerahmten Bereich 20 aus DE 39 22 428 C2 bekannte Schritte 20₁ bis 20₃ zur Bestimmung eines Frequenzversatzes ΔF(i) bzw. ΔF(t) des Rückstreusignal anteils eines Azimutspektrums durch Korrelation zweier zeit lich aufeinanderfolgender Azimutspektren bestimmt. Hierbei werden über einen bestimmten Zeitraum Δt beim Schritt 201 fortlaufend, zeitlich aufeinanderfolgend, d. h. zu unterschied lichen Zeitpunkten i (wobei i ein ganzzahliger Wert gleich oder größer als 1 ist und t = i·Δt) zeitlich aufeinanderfol gende Azimutspektren erfaßt.

Zwei derartige Azimutspektren sind für die Zeitpunkte t = 0 bzw. t = i·Δt als Beispiele im linken Teil der Fig. 3 schemati siert dargestellt. Die zeitlich aufeinander in Abhängigkeit von der Azimutfrequenz f aufgenommenen Azimutspektren mit einer Leistung S(f, i) werden beim Schritt 202 zur Bildung von Korrelationen zwischen jeweils zwei zeitlich unmittelbar nach einander aufgenommenen Azimutspektren gebildet, nämlich K(f, i) = S(f, i) × S(f, i-1).

Beim nächsten Schritt 203 wird dann zur Bildung des Maximums einer Korrelation K(f, i) anhand der Lage des Maximums der Frequenzversatz ΔF(t) des Rückstreuverhältnis-Anteils be stimmt, wie schematisiert dem rechten Teil der Fig. 3 zu ent nehmen ist, was der vorstehend wiedergegebenen Gl. (1) ent spricht.

Falls ein Bewegtziel vorhanden ist, gilt Fig. 4.

Durch Auswerten der Frequenzversätze des gesamten Radar-Rohda ten-Satzes wird eine Frequenzversatz-Karte ΔF(t, r) (siehe Schritt 200) erstellt, wobei mit t die Flugrichtung oder die Zeit und mit r die Entfernung bezeichnet sind. Nach einer ent sprechenden Teilung der Frequenzversatz-Karte (Schritt 200) durch den zeitlichen Abstand Δt von zwei unmittelbar nachein ander aufgenommenen Azimutspektren (siehe Schritt 100) wird die Dopplerrate-Karte D(t, r) erhalten.

In Fig. 5c ist die dem Originalbild in Fig. 5a entsprechende Dopplerrate-Karte dargestellt. Beide Bewegtziele A′ und B′ er scheinen auf der Dopplerrate-Karte und weisen eine niedrigere Dopplerrate als alle stationären Ziele auf, da deren Tangenti algeschwindigkeiten in Flugrichtung liegen. Wenn die Tangenti algeschwindigkeit in Flugrichtung liegt, ist die relative Tan gentialgeschwindigkeit Flugzeug-Ziel kleiner als die Flugge schwindigkeit. Aus diesem Grund ist die resultierende Doppler rate von diesen Bewegtzielen niedriger als diejenige von sta tionären bzw. Festzielen (siehe Gl. 4). Die Bewegtziele weisen eine höhere Dopplerrate auf, falls deren Tangentialgeschwin digkeit gegen die Flugrichtung verläuft. Eine Detektion (Schritt 300) und ein Lokalisierung (Schritt 400) eines Be wegtzieles A′ bzw. B′ kann in einfacher Weise durch Suchen nach abweichenden Werten von der Nenn-Dopplerrate D_nom (siehe Gl. 5) in der Dopplerrate-Karte (siehe beispielsweise Fig. 5c) erhalten werden.

Das Bewegtziel muß entweder eine Tangentialgeschwindigkeit (v_T ≠ 0) oder eine Radialbeschleunigung (_R ≠ 0) aufweisen, so daß die Dopplerrate von dem Dopplerraten-Nennwert der Gl. 5 ab weicht.

Eine wichtige Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Position des Bewegtzieles auf der Dopp lerrate-Karte von der Radialgeschwindigkeit v_R nicht abhängig ist. Auch das Problem, daß ein Bewegtziel versetzt, unscharf oder überhaupt nicht abgebildet wird, besteht nicht. Vielmehr haben Bewegtziele ein typisches "Pattern" auf der Dopplerrate- Karte wovon in Fig. 5c die beiden Möglichkeiten wiedergegeben sind.

Das Ziel A′ hat keine Radialgeschwindigkeit und weist eine Dopplerrate Dm_A auf. Die Länge t_A(s), wobei in Fig. 5c die Län ge in Flugrichtung mit z_a(m) bezeichnet ist, ist durch die Be leuchtungszeit der Antenne gegeben. Die Länge r_A in Entfer nungsrichtung ist null, wenn die Krümmung dieses Pattern nicht berücksichtigt wird. Hierbei entsteht die Krümmung durch den Entfernungsverlauf zwischen Radar und Ziel, welcher daher an näherungsweise parabolisch ist.

Das Ziel B′ hat eine Radialgeschwindigkeit und weist eine Dopplerrate Dm_B auf. Die Länge t_B(s), die in Fig. 5c mit z_b(m) bezeichnet ist, ist durch die Beleuchtungszeit der Antenne gegeben und ist gleich t_A bzw. (z_b - z_a)/V_v. Die Länge r_B ist von der Radialgeschwindigkeit v_T abhängig. Eine Krümmung aus dem Entfernungsverlauf zwischen Radar und Ziel ist nunmehr auch hier vorhanden.

Eine Lokalisierung des Bewegtzieles wird durch eine Bestimmung des Schwerpunkts des jeweiligen Patterns in der Dopplerrate- Karte erhalten. In Fig. 5c ist die Position der Bewegtziele durch Fadenkreuze angedeutet.

Zur Bestimmung der Tangentialgeschwindigkeit v_T muß angenommen werden, daß die Radialbeschleunigung vernachlässigbar klein ist. Diese Annahme wird durch die Praxis bestätigt. Somit läßt sich Gl. (4) vereinfacht folgendermaßen wiedergeben:

Die Dopplerrate D_m(t) wird direkt aus der Dopplerrate-Karte D(t, r) abgelesen. Mit Hilfe der Gl. (6) läßt sich dann die Tangentialgeschwindigkeit v_T bestimmen.

Die Radialgeschwindigkeit V_R beispielsweise des Bewegtziels B wird durch die Länge r_b beispielsweise des Bewegtziels B′ in Entfernungsrichtung in der Dopplerrate-Karte bestimmt. Die Radialgeschwindigkeit v_R ist das Verhältnis zwischen der Länge r_b in Entfernungsrichtung und der hierfür benötigten Zeit, d. h. der Dauer t_B der Beleuchtungszeit durch die Antenne. Wie aus Fig. 5c zu ersehen ist, ist diese Länge für das Bewegtziel A null, während das Bewegtziel B nach außen wandert und daher die entsprechende Länge r_b beträgt.

Claims

Verfahren zur Detektion, Lokalisierung und Geschwindigkeitsbe stimmung von Bewegtzielen aus Radar-Rohdaten eines von einem Träger mitgeführten kohärenten ein- oder mehrkanaligen Abbil dungssystems (SAR), bei welchem zur Abbildung der Erdoberflä che mit unterschiedlichen Rückstreuverhältnissen über einen bestimmten Zeitraum fortlaufend zeitlich aufeinanderfolgende Azimutspektren gebildet werden, und ein Frequenzversatz (ΔF(t)) des Rückstreuverhältnis-Anteils durch Bestimmen der Lage des Maximums der Korrelationen jeweils zwischen zwei zeitlich unmittelbar nacheinander gebildeten Azimutspektren gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenzversätze (ΔF(t)) des gesamten Radar-Rohdaten- Satzes ausgewertet werden, um eine Frequenzversatz-Karte (ΔF(t, r)) zu erstellen;
daß durch Teilen der Frequenzversatz-Karte (ΔF(t, r)) durch den zeitlichen Abstand (Δt) von zwei unmittelbar nacheinander aufgenommenen Azimutspektren eine Dopplerrate-Karte (D(t, r)) erhalten wird;
daß anschließend durch Suchen nach von einer Nenn-Dopplerrate (D_nom) abweichenden Werten in der Dopplerrate-Karte (Δ(t, r)) jeweils ein Bewegtziel (B) detektiert wird;
daß der Schwerpunkt einer Abbildung des detektierten Bewegt zieles (B) gebildet wird, um daraus das Bewegtziel (B) bezüg lich dessen Position in Flug- und Entfernungsrichtung zu loka lisieren;
daß durch Vernachlässigen der Radialbeschleunigung des Bewegt zieles dessen Tangentialgeschwindigkeit (v_T) über eine aus der Dopplerrate-Karte (D(t, m)) entnehmbare Dopplerrate (D_mB) be stimmt wird, und
daß schließlich die Radialgeschwindigkeit (v_R) des Bewegtzie les (B) aus dem Verhältnis einer Länge (r_B) des Bewegtzieles in Entfernungsrichtung auf der Dopplerrate-Karte (Δ(t, r)) und der Dauer (t_B) einer Beleuchtungszeit durch die Antenne be stimmt wird.