WO2022268600A1 - Synthetik-apertur-radarverfahren - Google Patents

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WO2022268600A1
WO2022268600A1 PCT/EP2022/066303 EP2022066303W WO2022268600A1 WO 2022268600 A1 WO2022268600 A1 WO 2022268600A1 EP 2022066303 W EP2022066303 W EP 2022066303W WO 2022268600 A1 WO2022268600 A1 WO 2022268600A1
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WO
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radar
pulse
pulse sequences
strip
earth
Prior art date
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PCT/EP2022/066303
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English (en)
French (fr)
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Felipe Queiroz de Almeida
Marwan YOUNIS
Gerhard Krieger
Alberto Moreira
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • 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
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9054—Stripmap mode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • 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
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/22—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves using irregular pulse repetition frequency
    • G01S13/227—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves using irregular pulse repetition frequency with repetitive trains of uniform pulse sequences, each sequence having a different pulse repetition frequency

Definitions

  • the invention relates to a synthetic aperture radar method for remote sensing of the earth's surface via a radar device and a corresponding synthetic aperture radar sy stem.
  • Synthetic aperture radar methods which are also referred to as SAR methods, enable remote sensing of the earth's surface by detecting radar pulses which are emitted by a radar device on a platform and, after reflection on the earth's surface, are received again by this radar device will.
  • the platform moves at a constant speed over the earth's surface in a so-called azimuth direction, strips with a width in the so-called range direction being detected from the earth's surface, which extend perpendicularly to the azimuth direction.
  • the concept of the earth's surface is to be understood broadly and, in addition to the surface of the earth, can also include the surface of another celestial body and in particular a planet.
  • SAR radar methods take advantage of the knowledge that due to the moving platform, the same areas of the earth’s surface are recorded from different radar sensor positions, which means that amplitude and phase information and finally a radar image (also referred to as SAR image) of the Earth's surface can be obtained.
  • a synthetic aperture is thus generated in the azimuth direction.
  • the problem with SAR systems is that the radar device used cannot receive any radar echoes when emitting corresponding radar pulses. This can lead to the formation of gaps in the detected strip, these gaps also being referred to below as blind ranges.
  • the pulse repetition interval of the radar pulses is chosen to be so large that the duration of the received radar echoes is shorter than the pulse repetition interval and consequently no radar echoes are received when a radar pulse is emitted.
  • the entire stripe to be recorded is divided into several substripes, which are illuminated cyclically and alternately by the radar device.
  • a suitable pulse repetition interval is selected for each of these sub-strips, so that the entire strip can be recorded without gaps from the combination of all sub-strips.
  • this method usually has a poorer resolution than the stripmap operating mode.
  • the method has the disadvantage that the illumination of the individual substrips is regularly interrupted, which leads to gaps in the Doppler spectrum of the detected radar echoes. This results in a varying intensity in the azimuth direction (so-called scalloping), so that the quality of the captured SAR images is reduced.
  • the so-called staggered SAR operating mode is used to avoid blind areas, in which the pulse repetition rate of the transmitted radar pulses is varied cyclically, whereby the blind areas change their position in the range direction and are thus interpolated via the gaps that occur can (ie over samples in the direction of flight).
  • this method has the disadvantage that there is an irregular scanning grid in the azimuth direction and consequently a higher pulse repetition frequency is required overall, which in turn leads to a higher data rate.
  • the object of the invention is to create a synthetic aperture radar method and a corresponding synthetic aperture radar system which enable the detection of a wide strip on the earth's surface and thereby avoid the disadvantages described above.
  • the earth's surface is detected via a radar device on a platform, the platform moving in an azimuth direction over the earth's surface.
  • the radar device is preferably located on a satellite.
  • the radar device is a combined transmission and reception device, which in transmission mode represents a transmission device for emitting radar pulses and in reception mode represents a receiving device for receiving radar echoes of the radar pulses reflected on the earth's surface from a strip of the earth's surface.
  • This stripe (English: swath) has a predetermined stripe width in a range direction perpendicular to the azimuth direction.
  • the radar pulses are transmitted by the transmitting device in a plurality of pulse sequences that are interleaved and in this sense overlap in time, with the radar pulses being transmitted repeatedly in each pulse sequence based on a pulse repetition interval with a fixed time length, with each pulse sequence of the multiple pulse sequences has a pulse repetition interval with a different time length than the time length of the pulse repetition intervals of the remaining pulse sequences of the multiple pulse sequences.
  • the radar echoes are received in a single receiving channel in azimuth or in several receiving channels of the receiving device with azimuth positions offset from one another (i.e. positions in the azimuth direction) in successive reception periods corresponding to the strip width.
  • the reception periods represent time windows in which the radar echo of a single radar pulse can be received over the entire stripe width of the stripe, so that the detection of the entire stripe is ensured.
  • the radar echoes from a respective pulse sequence (ie each pulse sequence) of the plurality of pulse sequences at predetermined range positions within the strip contain gaps that each belong to radar echoes that cannot be received due to the transmission of a radar pulse.
  • There are two types of gaps for a respective pulse sequence which are also referred to below as first gaps and second gaps.
  • a first gap is caused by the fact that a radar pulse of the same pulse sequence is being transmitted when the radar echo of the corresponding pulse sequence is received.
  • a second gap is caused by the fact that when the radar echo of a corresponding pulse sequence is received, a radar pulse of another pulse sequence is being transmitted.
  • the second gaps change their range position along the strip in the azimuth direction, whereas the first gaps are always at the same range position.
  • reception lobes preferably with maximum radiation intensity, are used at different elevation angles, the elevation angle describing the inclination relative to the plane which is spanned by the height direction (ie the normal on the earth's surface) and the azimuth direction.
  • the corresponding reception lobes can be formed in a manner known per se via digital beam formation in a time-variant manner.
  • the essential feature of the SAR method according to the invention consists in the suitable design of the multiple pulse sequences.
  • the time lengths of the pulse repetition intervals of the multiple pulse sequences and the time shift of the multiple pulse sequences relative to one another are defined in such a way that the gaps in the radar echoes from different pulse sequences within the strip in the range direction do not overlap over all successive reception periods. In other words, there is no overlap between gaps in different pulse sequences in the range direction in the temporal sequence of the reception periods under consideration.
  • the gaps in different pulse sequences are thus located at different, non-overlapping range positions (ie positions in the range direction).
  • the above feature ensures that the gaps in different pulse sequences are always at different range positions, so that for each range position there is always a series of radar echoes (over the flight direction) without gaps and the strip is therefore full width can be detected.
  • the disadvantages of known SAR operating modes are avoided.
  • the scalloping effect mentioned above does not occur since the entire strip is continuously illuminated as in the conventional SAR stripmap mode.
  • Another advantage compared to the ScanSAR mode is the possibility to achieve a finer azimuth resolution.
  • no azimuth interpolation filter is required due to the regular sampling in the respective pulse sequences, whereby the Data processing is significantly simplified.
  • on-board processing on the platform of the radar device can be dispensed with, so that the instruments carried on the platform can be significantly simplified.
  • the time lengths of the pulse repetition intervals of the plurality of pulse sequences and their time shift relative to one another are also defined in such a way that at each end of the two ends of the strip in the range direction there is a gap in the radar echoes of each pulse sequence of the plurality Pulse sequences adjacent and it is outside the strip, the gap belongs to radar echoes of the respective pulse sequence that cannot be received due to the transmission of a radar pulse in the respective pulse sequence.
  • the gap is thus a first gap.
  • the greatest possible pulse repetition frequency is selected for a given stripe width and corresponding echo duration. As a result, high pulse repetition frequencies and thus small pulse repetition intervals are achieved, which ensures very good azimuth resolution.
  • the multiple pulse sequences contain exactly two pulse sequences, which greatly simplifies the method.
  • the following conditions preferably apply to the two pulse sequences:
  • N 1 PRl 1 N 2 PRI 2
  • PRl 1 is the pulse repetition interval of one of the two pulse sequences
  • PRI 2 is the pulse repetition interval of the other of the two pulse sequences
  • N 1 and N 2 are positive integers that are relatively prime. That is, there is no natural number other than 1 that divides N 1 and N 2 .
  • the conditions according to the invention for the gaps can be implemented particularly easily. This ensures that the time offsets that occur between adjacent radar pulses of different pulse sequences are repeated. Furthermore, the sequence length of this repetition can be kept small.
  • the shifting of the two pulse sequences with respect to one another is defined in such a way that the minimum offset that is not equal to zero, which occurs between two temporally adjacent pulses of different pulse sequences, is maximized.
  • These maximized offsets can easily be determined by a person skilled in the art given appropriately defined values for N 1 and N 2 .
  • This variant of the invention has the advantage that range ambiguities of the radar echoes are further apart, as a result of which they are better suppressed and better image quality results.
  • M ch max ⁇ N 1 . m; . 2 ⁇ m) where L az is the length of the receiving device in the azimuth direction; where M ch is the number of receiving channels; where v sat is the speed of the platform in azimuth over the surface of the earth; and where m is a positive integer.
  • an equidistant scanning in the azimuth direction can be achieved when using several receiving channels and a transmitting device with a single transmitting channel (i.e. a single fixed phase center).
  • the transmission device emits radar pulses for a respective pulse sequence of at least part of the plurality of pulse sequences and preferably for each pulse sequence of the plurality of pulse sequences, which only illuminate those sections of the strip in which there are no gaps in the respective pulse sequence. In this way, the transmission power of the transmission device can be suitably reduced.
  • the transmission device emits radar pulses for one pulse sequence, which illuminate the entire strip, whereas the transmission device emits radar pulses for each other pulse sequence, which only illuminate those sections of the strip in which there are no gaps in the respective other Pulse sequence, but there are gaps in one pulse sequence.
  • SAR images of the earth's surface are determined separately from the radar echoes of each pulse sequence of the plurality of pulse sequences, ie a stripmap processing known per se is carried out separately for each pulse sequence.
  • a joint SAR image is then calculated from these SAR images.
  • this SAR image does not contain any blind areas.
  • the S AR images are preferably not determined or calculated on the platform that is moved over the surface of the earth. Rather, the SAR data are first transmitted to a ground station on Earth, where the processing to determine the SAR images is then carried out.
  • the invention relates to a synthetic aperture radar system with a radar device on a platform that moves (when the radar system is in operation) in an azimuth direction above the earth's surface.
  • the radar device is a combined transmitting and receiving device which, in transmitting mode, represents a transmitting device for emitting radar pulses and, in receiving mode, represents a receiving device for receiving radar echoes of the radar pulses reflected on the earth's surface from a strip on the earth's surface.
  • the stripe has a predetermined stripe width in a range direction perpendicular to the azimuth direction.
  • the synthetic aperture radar system or its radar device is designed in such a way that the method according to the invention or one or more preferred variants of the method according to the invention can be carried out with it.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a SAR system to illustrate the formation of gaps in the radar echoes
  • FIG. 2 shows a schematic representation of two interleaved pulse sequences of radar pulses which are used in an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the other pulse sequence from FIG. 2 to clarify the formation of blind areas in the radar echoes of this pulse sequence
  • FIG. 6 shows a schematic illustration which once again reproduces the blind areas in the radar echoes of both pulse sequences from FIG. 2;
  • FIG. 7 shows a schematic representation which illustrates two variants of radiation lobes for radar pulses emitted in the method according to the invention.
  • a corresponding satellite 1 shows an example of a corresponding satellite 1, which includes a radar device 2 in the form of a combined transmission and reception device for corresponding radar pulses.
  • This radar device 2 is operated in transmission mode to emit the radar pulses and then represents a transmission device which is denoted by reference numeral 2a in FIG.
  • the radar echoes reflected by the radar pulses on the earth's surface S are detected in the reception mode of the radar device 2, so that the radar device in the reception mode represents a corresponding receiving device, which is denoted by reference numeral 2b in FIG.
  • the satellite 1 moves together with the radar device 2 in the so-called azimuth direction over the earth's surface S.
  • This direction of movement corresponds to the x-direction in the coordinate system shown in FIG.
  • the radar pulses are sent obliquely onto the earth's surface S.
  • the y-direction of the coordinate system shown in FIG. 1 represents the range direction, which is perpendicular to the direction of movement of satellite 1 runs.
  • the range direction correlates with corresponding oblique distances R, which represent distances between the radar device 2 and corresponding points on the earth's surface.
  • the earth's surface is to be recorded in a strip SW, which extends along the azimuth direction and has a predefined width B in the range direction.
  • the ends of the strip SW in the range direction are represented by the distances R min and R max .
  • Corresponding SAR images of the earth's surface can be determined using SAR processing, which is known per se, by detecting radar echoes from this strip.
  • the principle of SAR processing is based on the fact that respective points on the earth's surface are recorded multiple times from different perspectives due to the movement of satellite 1 . Due to the Doppler effect, there is a frequency shift when recording the radar echoes, which can be suitably evaluated, whereby amplitude and phase information of the radar pulses reflected on the surface can be obtained and corresponding image information can be obtained as a result.
  • HRWS High-Resolution Wide-Swath
  • the radar pulses transmitted in this operating mode are denoted by RP in FIG. 1 and are transmitted repeatedly based on a fixed pulse repetition interval PRI.
  • the radar echoes EC are to be evaluated which arrive in the radar device 2 in the time period 2/cR min to 2/cR max and correspond to the width B of the strip SW.
  • SAR operating modes can also provide information on the blind areas described above. This means that the SAR images can be obtained over the entire width B.
  • bursts consisting of a large number of radar pulses with different pulse repetition rates are transmitted one after the other. The bursts each illuminate different partial strips of the strip SW to be detected. Since the position of the blind areas differs between the bursts, information can be obtained from all areas of the strip.
  • the ScanSAR operating mode leads to poor azimuth resolution and requires complex processing.
  • the staggered SAR operating mode in which the pulse repetition interval of the transmitted radar pulses is rapidly varied cyclically, which leads to a continuous change in the position of the blind areas, so that interpolation in the azimuth direction is also possible Information can be obtained from corresponding blind areas.
  • the disadvantage here is the irregular scanning in the azimuth direction due to the variation in the pulse repetition intervals.
  • a higher average pulse repetition rate is required, because successful interpolation requires a certain correlation or redundancy between the sampled values in the flight direction.
  • the higher mean pulse repetition rate in turn leads to a high data rate.
  • the pulse repetition rate is constant for each pulse sequence.
  • the pulse repetition rates and the shifting of the pulse sequences are selected in such a way that over all successive reception periods of the corresponding radar echoes, the blind areas of the radar echoes from one pulse sequence are always at a different point in the range direction than the blind areas of the other pulse sequence.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a variant of two interleaved pulse sequences which are used in the embodiment of the method according to the invention described here.
  • the radar pulses transmitted along the time axis t are represented by bars.
  • the white bars represent radar pulses RP1, which belong to a first pulse sequence SE1 and are transmitted with the constant pulse repetition interval PR11 .
  • the hatched bars represent radar pulses RP2 of a second pulse sequence SE2, which has a smaller pulse repetition interval PRI 2 .
  • the pulses of both sequences have the identical pulse length ⁇ p .
  • the earliest pulse RP1 in time of the first pulse sequence SE1 is offset by ⁇ p compared to the adjacent pulse RP2 of the second pulse sequence SE2.
  • the radar pulses RP1 of the first pulse sequence are indicated by white bars and the radar pulses RP2 of the second radar pulses are indicated by hatched bars
  • N 1 PRl 1 N 2 PRI 2 , where N 1 and N 2 represent positive integers which are relatively prime.
  • ⁇ guard is a guard interval that is significantly smaller than ⁇ p and can also be set to zero if necessary.
  • blind areas arise for the first sequence SE1 centered on the distances and for the second sequence
  • gaps or blind The areas are also referred to below as co-gaps and correspond to the first gaps within the meaning of the patent claims. They are caused by the transmission of a radar pulse in the same pulse sequence as the received radar echo (transmission times t 1 [m]). In the case of several pulse sequences, there are further gaps or blind areas, which are referred to below as cross gaps and correspond to the second gaps within the meaning of the patent claims. These are caused by the fact that when a radar pulse from one sequence is received, a radar pulse from the other sequence is being transmitted (transmission times t 2 [m′]). In contrast to the Co gaps, the distances of these cross gaps are denoted by R 12 and R 21 in the following.
  • R 12 refers to a cross gap for a received radar echo of the first sequence, which was caused by the transmission of a radar pulse of the second sequence.
  • R 21 relates to a cross gap in the received radar echo of the second sequence, which is caused by the transmission of a radar pulse from the first sequence.
  • the co-gaps and cross-gaps for corresponding radar echoes of the first sequence are at the following positions, the distances always starting from the edge R min of the detected strip SW minus that with the Pulse length ⁇ p corresponding distance value can be measured: (proportional to t 1 [n 0 + n] — t 1 [n 0 ])
  • R min ⁇ R 11 (n +n 0 ) ⁇ R max . n 0 designates the number of so-called “travelling pulses” that are transmitted until the echo of a radar pulse that comes from the beginning of the strip SW at position
  • R min originates, is received in the radar device. Ie, it applies
  • the above condition means that all relevant Co-gaps are those that lie within the detected swath SW.
  • the cross gaps change due to the different pulse repetition intervals PRI 1 and PRI 2 Range position along the corresponding strip SW in azimuth direction, whereas the Co gaps keep their position.
  • the cross gaps for the second sequence are also centered at the following distances:
  • indices k′, m′ are relevant for which the following applies: 2 R min ⁇ R 11 (k′+m′) ⁇ R max .
  • the criterion according to the invention according to which co-gaps and cross-gaps of different pulse sequences are always at different range positions within the strip SW, is met for the pulse sequences illustrated in FIGS will be explained with reference to FIG. In the following it is specified how the criterion according to the invention can be described in general terms, with two pulse sequences being assumed without loss of generality and the variables described above also being used.
  • N 1 and N 2 are positive integers that are relatively prime, ie there is no natural number other than 1 that divides both N 1 and N 2 .
  • PR11 , N1 and N2 can be adapted as a function of the ends of the strips, ie as a function of Rmin and Rmax , such that the radar echo of the strip is received precisely between N1Co gaps .
  • FIG. 6 again clarifies the position of the Co gaps and Cross gaps in the corresponding pulse sequences SE1 and SE2 according to the embodiment from FIGS. 2 to 5.
  • the icon PI2 of FIG. 6 shows the co-gaps and cross-gaps for the second pulse sequence SE2.
  • the co-gaps are denoted there by BR1' and the cross-gaps by BR2'.
  • the co-gaps are now shown as hatched bars, while the cross-gaps are white bars.
  • only some of the gaps are provided with the corresponding reference symbols BR1' or BR2'.
  • the range positions of the cross gaps also vary in the azimuth direction for the second pulse sequence. In contrast to the first pulse sequence, the same pulse pattern now occurs again after every third radar pulse, which is indicated by the arrow P2.
  • the method described above is not limited to using a single azimuth channel.
  • the radar pulses can also be received via several azimuth channels, i.e. simultaneously at different receiving positions in the azimuth direction.
  • an advantageous equidistant sampling of the SAR signals can also be achieved.
  • the radar pulses are always transmitted with the same reception lobe, which covers the entire strip to be detected.
  • this is not absolutely necessary. Rather, it is also possible for the radar pulses of the first sequence to detect strips other than the radar pulses of the second sequence, with the radar pulses of at least one sequence and possibly each sequence detecting only those sections of the strip in which there are no co-gaps or cross-gaps of the corresponding sequence, provided that SAR data are still obtained for the entire strip width.
  • FIG. 7 illustrates two embodiments of the invention based on the two pulse sequences SE1 and SE2 described above.
  • the blind BR1 and BR2 for the first pulse sequence SE1 in the detected strip SW are reproduced in the pictogram PI1' of FIG. 7, the entire strip being detected with the transmission lobe TI of the transmission device.
  • the blind areas for the second pulse sequence SE2 are shown in pictogram PI2', with a variant being shown in which the entire strip is covered with the radiation lobe T2 of the transmitting device.
  • areas from the strip are also shown by hatched sections A, in which the blind areas of the first pulse sequence are located. Only for these hatched sections is there no data on radar echoes in the first pulse sequence.
  • the transmission lobe for the second pulse sequence can be adjusted in such a way that it only covers the hatched sections A. This is reflected in the pictogram PI3'. As can be seen there, the transmission device emits radar pulses for the second pulse sequence in three separate partial transmission lobes T2' only toward the hatched sections A. This has the advantage that less transmission power is required to transmit the radar pulses.
  • a SAR method is created with which a strip with a large width and high azimuth resolution can be detected while avoiding the disadvantages of conventional operating modes.
  • the use of fixed pulse repetition rates ensures regular sampling in azimuth, eliminating the need for azimuth interpolation filters as is the case in the traditional staggered SAR mode of operation.
  • Conventional stripmap processing can thus be used to process the detected radar echoes.
  • the method also enables a pulse repetition frequency that is lower in comparison to the staggered SAR operating mode, as a result of which the data rate is reduced and distance ambiguities are positively influenced.
  • azimuth performance advantages can be achieved over both the Staggered SAR mode of operation and the ScanSAR mode of operation.
  • the method of the invention was tested by the inventors within the framework of simulations. Indeed, it has been found that the advantages outlined above can be achieved over conventional modes of operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Synthetik-Apertur-Radarverfahren zur Fernerkundung der Erdoberfläche über eine Radareinrichtung (2) auf einer Plattform (1), die sich in eine Azimut-Richtung (x) über der Erdoberfläche (S) bewegt, wobei die Radareinrichtung (2) eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung ist, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung (2a) zum Aussenden von Radarpulsen (RP1, RP2) darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung (2b) zum Empfang von Radarechos (EC) der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse (RP1, RP2) aus einem Streifen (SW) auf der Erdoberfläche (S) darstellt. Die Radarpulse (RP1, RP2) werden durch die Sendeeinrichtung (2a) in mehreren, ineinander verschachtelten Pulssequenzen (SE1, SE2) mit unterschiedlich langen Pulswiederholintervallen (PRI1, PRI2) ausgesendet. Die Radarechos (EC) werden in aufeinander folgenden Empfangszeiträumen empfangen, wobei die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRI1, PRI2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und deren zeitliche Verschiebung zueinander derart festgelegt sind, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg entsprechende Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der Radarechos (EC) von unterschiedlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) innerhalb des Streifens (SW) in der Range-Richtung (y) nicht miteinander überlappen.

Description

Synthetik-Apertur-Radarverfahren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Synthetik- Apertur-Radarverfahren zur Fernerkundung der Erdoberfläche über eine Radareinrichtung sowie ein entsprechendes Synthetik- Apertur-Radar sy stem .
Synthetik-Apertur-Radarverfahren, welche auch als SAR-Verfahren bezeichnet wer- den, ermöglichen die Fernerkundung der Erdoberfläche über die Erfassung von Ra- darpulsen, die von einer Radareinrichtung auf einer Plattform ausgesendet werden und nach Reflexion an der Erdoberfläche von dieser Radareinrichtung wieder empfangen werden. Die Plattform bewegt sich dabei mit konstanter Geschwindigkeit über der Erdoberfläche in einer sog. Azimut-Richtung, wobei von der Erdoberfläche Streifen mit einer Breite in der sog. Range-Richtung erfasst werden, welche sich senkrecht zur Azimut-Richtung erstreckt. Der Begriff der Erdoberfläche ist im Folgenden weit zu verstehen und kann neben der Oberfläche der Erde auch die Oberfläche eines anderen Himmelskörpers und insbesondere eines Planeten umfassen. Bei SAR-Radarverfahren macht man sich die Erkenntnis zunutze, dass aufgrund der bewegten Plattform die gleichen Bereiche der Erdoberfläche aus unterschiedlichen Ra- darsensorpositionen erfasst werden, wodurch eine Amplituden- und Phaseninforma- tion und schließlich ein Radarbild (auch als SAR-Bild bezeichnet) der Erdoberfläche erhalten werden kann. Es wird somit eine synthetische Apertur in Azimut-Richtung erzeugt.
Bei SAR-Systemen besteht das Problem, dass die verwendete Radareinrichtung beim Aussenden entsprechender Radarpulse keine Radarechos empfangen kann. Dies kann zur Ausbildung von Lücken in dem erfassten Streifen führen, wobei diese Lücken im Folgenden auch als blinde Bereiche (englisch: blind ranges) bezeichnet werden.
Solche Lücken sollen in der Regel vermieden werden. Je nach verwendetem Betriebs- modus gibt es hierfür im Stand der Technik verschiedene Strategien. Im Stripmap- Betriebsmodus wird das Pulswiederholintervall der Radarpulse derart groß gewählt, dass die Zeitdauer der empfangenen Radarechos geringer als das Pulswiederholinter- vall ist und demzufolge keine Radarechos beim Aussenden eines Radarpulses empfan- gen werden. Dies führt jedoch entweder zu einer sehr groben Auflösung in Azimut- Richtung (bei breiteren Streifen) oder zu einem engeren Streifen (bei feiner Azimut- Auflösung).
Um die Streifenbreite zu maximieren, wird im sog. ScanSAR-Betriebsmodus der ge- samte zu erfassende Streifen in mehrere Substreifen unterteilt, die zyklisch und ab- wechselnd durch die Radareinrichtung beleuchtet werden. Für jeden dieser Substreifen wird ein geeignetes Pulswiederholintervall gewählt, so dass aus der Kombination aller Substreifen der Gesamtstreifen lückenlos erfasst werden kann. Dieses Verfahren hat jedoch in der Regel eine schlechtere Auflösung als der Stripmap-Betriebsmodus. Fer- ner hat das Verfahren den Nachteil, dass die Beleuchtung der einzelnen Substreifen regelmäßig unterbrochen wird, was zu Lücken im Dopplerspektrum der erfassten Ra- darechos führt. Dies resultiert in einer variierenden Intensität in Azimut-Richtung (sog. Scalloping), so dass die Qualität der erfassten SAR-Bilder vermindert ist. Darüber hinaus wird zur Vermeidung von blinden Bereichen der sog. Staggered-SAR- Betriebsmodus verwendet, bei dem die Pulswiederholrate der ausgesendeten Radar- pulse zyklisch variiert wird, wodurch die blinden Bereiche ihre Positionen in Range- Richtung verändern und somit über die auftretenden Lücken interpoliert werden kann (d.h. über Abtastwerte in der Flugrichtung). Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es zu einem unregelmäßigen Abtastraster in Azimut-Richtung kommt und folg- lich insgesamt eine höhere Pulswiederholfrequenz benötigt wird, was wiederum zu einer höheren Datenrate führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Synthetik- Apertur-Radarverfahren und ein entspre- chendes Synthetik-Apertur-Radarsystem zu schaffen, welche die Erfassung eines brei- ten Streifens auf der Erdoberfläche ermöglichen und dabei die oben beschriebenen Nachteile vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch das Synthetik-Apertur-Radarverfahren gemäß Patentan- spruch 1 bzw. das Synthetik-Apertur-Radarsystem gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In dem erfindungsgemäßen Synthetik-Apertur-Radarverfahren wird die Erdoberfläche über eine Radareinrichtung auf einer Plattform erfasst, wobei sich die Plattform in eine Azimut-Richtung über der Erdoberfläche bewegt. Vorzugsweise befindet sich die Ra- dareinrichtung auf einem Satelliten. Die Radareinrichtung ist dabei eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Radarpulsen darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrich- tung zum Empfang von Radarechos der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse aus einem Streifen der Erdoberfläche darstellt. Dieser Streifen (englisch: swath) weist eine vorgegebene Streifenbreite in einer zur Azimut-Richtung senkrechten Range- Richtung auf. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Radarpulse durch die Sendeeinrich- tung in mehreren, ineinander verschachtelten und in diesem Sinne zeitlich miteinander überlappenden Pulssequenzen ausgesendet, wobei in jeder Pulssequenz das Senden der Radarpulse wiederholend basierend auf einem Pulswiederholintervall mit einer festen Zeitlänge erfolgt, wobei jede Pulssequenz der mehreren Pulssequenzen ein Puls- wiederholintervall mit einer anderen Zeitlänge als die Zeitlänge der Pulswiederholin- tervalle der restlichen Pulssequenzen der mehreren Pulssequenzen hat.
Im erfmdungsgemäßen Verfahren werden in einem einzelnen Empfangskanal in Azi- mut oder in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung mit versetzt zuei- nander angeordneten Azimut-Positionen (d.h. Positionen in Azimut-Richtung) jeweils die Radarechos in aufeinander folgenden, der Streifenbreite entsprechende Empfangs- zeiträumen empfangen. Die Empfangszeiträume stellen dabei Zeitfenster dar, in denen das Radarecho eines einzelnen Radarpulses über die gesamte Streifenbreite des Strei- fens empfangen werden kann, so dass die Erfassung des Gesamtstreifens sichergestellt ist.
In an sich bekannter Weise enthalten die Radarechos von einer jeweiligen Pulssequenz (d.h. jeder Pulssequenz) der mehreren Pulssequenzen an vorgegebenen Range-Positi- onen innerhalb des Streifens Lücken, die jeweils zu Radarechos gehören, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses nicht empfangbar sind. Dabei gibt es für eine jeweilige Pulssequenz zwei Arten von Lücken, die im Folgenden auch als erste Lücken und zweite Lücken bezeichnet werden. Eine erste Lücke wird dadurch verursacht, dass bei Empfang des Radarechos der entsprechenden Pulssequenz gerade ein Radarpuls der gleichen Pulssequenz ausgesendet wird. Eine zweite Lücke wird dadurch verursacht, dass bei Empfang des Radarechos einer entsprechenden Pulssequenz gerade ein Ra- darpuls einer anderen Pulssequenz ausgesendet wird. Die zweiten Lücken verändern dabei ihre Range-Position entlang des Streifens in Azimut-Richtung, wohingegen die ersten Lücken immer an der gleichen Range-Position liegen. Im Rahmen des Empfangs der Radarechos werden an sich bekannte Verfahren ver- wendet, um die Radarechos entsprechenden Radarpulsen zuzuordnen. Insbesondere werden mehrere Empfangskeulen, vorzugsweise mit maximaler Strahlungsintensität, in unterschiedlichen Elevationswinkeln genutzt, wobei der Elevationswinkel die Nei- gung gegenüber der Ebene beschreibt, welche durch die Höhenrichtung (d.h. die Nor- male auf der Erdoberfläche) und die Azimut-Richtung aufgespannt wird. Die entspre- chenden Empfangskeulen können in an sich bekannter Weise über digitale Strahlfor- mung auf zeitlich Variante Art ausgebildet werden.
Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen SAR- Verfahrens besteht in der ge- eigneten Ausgestaltung der mehreren Pulssequenzen. Dabei sind die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle der mehreren Pulssequenzen und die zeitliche Verschiebung der mehreren Pulssequenzen zueinander derart festgelegt, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg die Lücken der Radarechos von unterschiedli- chen Pulssequenzen innerhalb des Streifens in der Range-Richtung nicht miteinander überlappen. Mit andern Worten gibt es in der zeitlichen Sequenz der betrachteten Emp- fangszeiträume keine Überlappung zwischen Lücken unterschiedlicher Pulssequenzen in der Range-Richtung. Die Lücken unterschiedlicher Pulssequenzen befinden sich so- mit an unterschiedlichen, nicht überlappenden Range-Positionen (d.h. Positionen in Range-Ri chtung) .
Mit dem obigen Merkmal wird sichergestellt, dass die Lücken unterschiedlicher Puls- sequenzen immer an verschiedenen Range-Positionen liegen, so dass für jede Range- Position immer eine Reihe von Radarechos (über die Flugrichtung) ohne Lücken exis- tiert und somit der Streifen in voller Breite erfasst werden kann. Dabei werden die Nachteile von bekannten SAR-Betriebsmodi vermieden. Insbesondere tritt der oben genannte Scalloping-Effekt nicht auf, da kontinuierlich der gesamte Streifen wie im herkömmlichen SAR-Stripmap-Modus beleuchtet wird. Ein weiterer Vorteil gegen- über dem ScanSAR-Modus ist die Möglichkeit, eine feinere Azimut-Auflösung zu er- zielen. Darüber hinaus ist aufgrund der regelmäßigen Abtastung in den jeweiligen Pulssequenzen kein Azimut-Interpolationsfilter erforderlich, wodurch die Datenprozessierung wesentlich vereinfacht wird. Insbesondere kann ggf. auf eine On- Board-Prozessierung auf der Plattform der Radareinrichtung verzichtet werden, so dass die auf der Plattform mitgeführten Instrumente wesentlich vereinfacht werden können.
In der detaillierten Beschreibung werden die obigen Bedingungen von nicht überlap- penden Lücken unterschiedlicher Radarpulse mathematisch definiert. Es liegt dabei im Rahmen von fachmännischem Handeln, aus diesen Bedingungen geeignete Pulsse- quenzen abzuleiten, welche die Bedingungen erfüllen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle der mehreren Pulssequenzen und de- ren zeitliche Verschiebung zueinander ferner derart festgelegt, dass an jedem Ende der beiden Enden des Streifens in Range-Richtung eine Lücke der Radarechos jeder Puls- sequenz der mehreren Pulssequenzen angrenzt und dabei außerhalb des Streifens liegt, wobei die Lücke zu Radarechos der jeweiligen Pulssequenz gehört, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses in der jeweiligen Pulssequenz nicht empfangbar sind. Die Lücke ist somit eine erste Lücke. Mit dieser Ausführungsform wird die größtmögliche Pulswiederholfrequenz für eine vorgegebene Streifenbreite und entsprechende Echo- dauer gewählt. Dadurch werden große Pulswiederholfrequenzen und damit kleine Pulswiederholintervalle erreicht, wodurch eine sehr gute Azimut-Auflösung gewähr- leistet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die mehreren Pulssequen- zen genau zwei Pulssequenzen, wodurch das Verfahren stark vereinfacht wird. Vor- zugsweise gelten dabei die folgenden Bedingungen für die beiden Pulssequenzen:
N1 · PRl1 = N 2 · PRI2 wobei PRl1 das Pulswiederholintervall einer der beiden Pulssequenzen ist und PRI2 das Pulswiederholintervall der anderen der beiden Pulssequenzen ist und wobei N1 und N 2 ganze positive Zahlen sind, welche teilerfremd sind. D.h., es gibt keine natür- liche Zahl außer 1, die N1 und N 2 teilt.
Mit dem soeben genannten Kriterium können die erfindungsgemäßen Bedingungen an die Lücken besonders einfach realisiert werden. Dabei wird sichergestellt, dass sich die auftretenden zeitlichen Versätze zwischen benachbarten Radarpulsen unterschied- licher Pulssequenzen wiederholen. Ferner kann die Sequenzlänge dieser Wiederho- lung klein gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der soeben beschriebenen Ausführungsform ist die Verschiebung der beiden Pulssequenzen zueinander derart festgelegt, dass der mi- nimale Versatz ungleich Null, der zwischen zwei zeitlich benachbarten Pulsen unter- schiedlicher Pulssequenzen auftritt, maximiert ist. Diese maximierten Versätze kön- nen von einem Fachmann problemlos bei entsprechend festgelegten Werten für N1 und N 2 ermittelt werden. Diese Variante der Erfindung weist den Vorteil auf, dass Range- Mehrdeutigkeiten der Radarechos weiter auseinander liegen, wodurch sie besser un- terdrückt werden und sich eine bessere Bildqualität ergibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, in der mehrere Empfangskanäle in Azimut verwendet werden, ist folgende Bedingung erfüllt:
Figure imgf000009_0001
und
Mch = max{N1 . m; . 2 ■ m) wobei Laz die Länge der Empfangseinrichtung in Azimut-Richtung ist; wobei Mch die Anzahl der Empfangskanäle ist; wobei vsat die Geschwindigkeit der Plattform in Azimut-Richtung über der Erdober- fläche ist; und wobei m eine ganze positive Zahl ist.
Mit dieser Bedingung kann bei der Verwendung von mehreren Empfangskanälen und einer Sendeeinrichtung mit einem einzigen Sendekanal (d.h. einem einzigen festen Phasenzentrum) eine äquidistante Abtastung in Azimut-Richtung erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sendet die Sendeeinrichtung für eine jeweilige Pulssequenz zumindest eines Teils der mehreren Pulssequenzen und vor- zugsweise für jede Pulssequenz der mehreren Pulssequenzen Radarpulse aus, welche nur solche Abschnitte des Streifens beleuchten, in denen keine Lücken der jeweiligen Pulssequenz liegen. Auf diese Weise kann die Sendeleistung der Sendeeinrichtung ge- eignet reduziert werden.
In einer bevorzugten Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform sendet die Sendeeinrichtung für eine Pulssequenz Radarpulse aus, welche den gesamten Streifen beleuchten, wohingegen die Sendeeinrichtung für jede andere Pulssequenz Radarpulse aussendet, welche nur solche Abschnitte des Streifens beleuchten, in denen keine Lü- cken der jeweiligen anderen Pulssequenz, jedoch Lücken der einen Pulssequenz lie- gen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wer- den aus den Radarechos jeder Pulssequenz der mehreren Pulssequenzen separat SAR- Bilder der Erdoberfläche ermittelt, d.h. es wird separat eine an sich bekannte Stripmap- Prozessierung für jede Pulssequenz durchgeführt. Aus diesen SAR-Bildern wird dann ein gemeinsames SAR-Bild berechnet. Durch die Verwendung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens enthält dieses SAR-Bild keine blinden Bereiche. Die Ermittlung bzw. Berechnung der S AR-Bilder erfolgt vorzugsweise nicht auf der über der Erdoberfläche bewegten Plattform. Vielmehr werden die SAR-Daten zunächst an eine Bodenstation an die Erde übermittelt, in der dann die Prozessierung zur Bestimmung der S AR-Bilder durchgeführt wird. Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ein Synthetik- Apertur-Radarsystem mit einer Radareinrichtung auf einer Plattform, die sich (im Be- trieb des Radarsystems) in eine Azimut-Richtung über der Erdoberfläche bewegt. Die Radareinrichtung ist eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung, welche im Sendebetrieb einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Radarpulsen darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung zum Empfang von Radarechos der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse aus einem Streifen auf der Erdoberfläche darstellt. Der Streifen weist dabei eine vorgegebene Streifenbreite in einer zur Azimut- Richtung senkrechten Range-Richtung auf. Das Synthetik-Apertur-Radarsystem bzw. dessen Radareinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass das erfindungsgemäße Ver- fahren bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfah- rens damit durchführbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Fi- guren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines SAR-Systems zur Verdeut- lichung der Ausbildung von Lücken in den Radarechos;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei ineinander verschach- telten Pulssequenzen von Radarpulsen, die in einer Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wer- den;
Fig. 3 und Fig. 4 zwei schematische Darstellungen einer der Pulssequenzen aus
Fig. 2 zur Verdeutlichung der Ausbildung von blinden Berei- chen in den Radarechos dieser Pulssequenz; Fig. 5 eine schematische Darstellung der anderen Pulssequenz aus Fig. 2 zur Verdeutlichung der Ausbildung von blinden Bereichen in den Radarechos dieser Pulssequenz;
Fig. 6 eine schematische Darstellung, welche nochmals die blinden Bereiche in den Radarechos beider Pulssequenzen aus Fig. 2 wiedergibt; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung, welche zwei Varianten von Strahlungskeulen für im erfindungsgemäßen Verfahren ausge- sendete Radarpulse verdeutlicht.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines SAR-Systems erläutert, bei dem über eine Radareinrichtung auf einer Plattform in der Form eines Satelliten Radarpulse auf die Erdoberfläche zu deren Fernerkundung gesendet werden.
Fig. 1 zeigt beispielhaft einen entsprechenden Satelliten 1, der eine Radareinrichtung 2 in der Form einer kombinierten Sende- und Empfangseinrichtung für entsprechende Radarpulse umfasst. Diese Radareinrichtung 2 wird zum Aussenden der Radarpulse im Sendebetrieb betrieben und stellt dann eine Sendeeinrichtung dar, die in Fig. 1 mit Bezugszeichen 2a bezeichnet ist. Die von den Radarpulsen an der Erdoberfläche S reflektierten Radarechos werden im Empfangsbetrieb der Radareinrichtung 2 erfasst, so dass die Radareinrichtung im Empfangsbetrieb eine entsprechende Empfangsein- richtung darstellt, die in Fig. 1 mit Bezugszeichen 2b bezeichnet ist.
Der Satellit 1 bewegt sich zusammen mit der Radareinrichtung 2 in der sog. Azimut- Richtung über der Erdoberfläche S. Diese Bewegungsrichtung entspricht in dem in Fig. 1 dargestellten Koordinatensystem der x-Richtung. Die Radarpulse werden schräg auf die Erdoberfläche S gesendet. Die y-Richtung des in Fig. 1 dargestellten Koordi- natensystems repräsentiert die Range-Richtung, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Satelliten 1 verläuft. Die Range-Richtung korreliert mit entsprechenden Schräg- entfernungen R, welche Entfernungen zwischen der Radareinrichtung 2 und entspre- chenden Punkten auf der Erdoberfläche darstellen.
Gemäß dem Szenario der Fig. 1 soll die Erdoberfläche in einem Streifen SW erfasst werden, der sich entlang der Azimut-Richtung erstreckt und eine vorgegebene Breite B in Range-Richtung aufweist. Die Enden des Streifen SW in Range-Richtung werden dabei durch die Entfernungen Rmin und Rmax repräsentiert. Über die Erfassung von Ra- darechos aus diesem Streifen können mit an sich bekannter SAR-Prozessierung ent- sprechende SAR-Bilder der Erdoberfläche ermittelt werden. Das Prinzip der SAR- Prozessierung beruht dabei darauf, dass jeweilige Punkte auf der Erdoberfläche mehr- fach aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgrund der Bewegung des Satelliten 1 er- fasst werden. Aufgrund des Doppler-Effekts kommt es bei der Erfassung der Radar- echos zu einer Frequenzverschiebung, die geeignet ausgewertet werden kann, wodurch Amplituden- und Phaseninformationen der an der Oberfläche reflektierten Radarpulse erhalten werden und hierdurch entsprechende Bildinformationen gewonnen werden können.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Betriebsarten von SAR-Systemen be- kannt. In Fig. 1 ist beispielhaft eine Stripmap-ähnliche Aufnahme über einen (für den konventionellen Stripmap-Modus zu breiten) Streifen mit einem sog. HRWS- Stripmap-Betriebsmodus (HRWS = High-Resolution Wide-Swath) gezeigt. Die in die- sem Betriebsmodus ausgesendeten Radarpulse sind in Fig. 1 mit RP bezeichnet und werden wiederholend basierend auf einem festen Pulswiederholintervall PRI ausge- sendet. Wie man aus Fig. 1 erkennt, sollen die Radarechos EC ausgewertet werden, die in dem Zeitraum 2/c.Rmin bis 2/c.Rmax in der Radareinrichtung 2 ankommen und der Breite B des Streifens SW entsprechen.
Dabei besteht das Problem, dass während des Empfangs der entsprechenden Radar- echos EC wieder ein Radarpuls RP ausgesendet wird, was aus dem untersten Dia- gramm der Fig. 1 ersichtlich ist. Da die kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung 2 nicht gleichzeitig Senden oder Empfangen kann, werden zu dem Zeitpunkt, zu dem ein entsprechender Radarpuls RP ausgesendet wird, keine Radarechos aus dem Strei- fen SW empfangen, was zu der Ausbildung von Lücken bzw. blinden Bereichen BR in dem erfassten Streifen SW führt. Die blinden Bereiche sind durch entsprechende Schraffuren in Fig. 1 angedeutet. Solche blinde Bereiche treten im sog. SAR-Stripmap- Betriebsmodus nicht auf, denn dort ist sichergestellt, dass ein Radarpuls erst dann aus- gesendet wird, wenn alle relevanten Radarechos bereits empfangen wurden. Dieser Betriebsmodus hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass nur Streifen mit geringer Breite erfasst werden können, was im HRWS-Stripmap-Betriebsmodus nicht der Fall ist.
Durch verschiedene bekannte SAR-Betriebsmodi können auch Informationen zu den oben beschriebenen blinden Bereichen gewonnen werden. D.h., die SAR-Bilder kön- nen über die gesamte Breite B gewonnen werden. Im ScanSAR-Betriebsmodus wer- den aufeinander folgend sog. Bursts aus einer Vielzahl von Radarpulsen mit unter- schiedlichen Pulswiederholraten ausgesendet. Die Bursts beleuchten jeweils unter- schiedliche Teilstreifen des zu erfassenden Streifens SW. Da sich die Lage derblinden Bereiche zwischen den Bursts unterscheiden, können Informationen aus allen Berei- chen des Streifens gewonnen werden. Der ScanSAR-Betriebsmodus führt jedoch zu einer schlechten Azimut-Auflösung und erfordert eine aufwändige Prozessierung.
Ferner ist der Staggered-SAR-Betriebsmodus bekannt, bei dem das Pulswiederholin- tervall der ausgesendeten Radarpulse schnell zyklisch variiert wird, was zu einer kon- tinuierlichen Veränderung der Lage der blinden Bereiche führt, so dass über Interpo- lation in der Azimut-Richtung auch Informationen aus entsprechenden blinden Berei- chen gewonnen werden können. Nachteilig ist dabei die unregelmäßige Abtastung in Azimut-Richtung aufgrund der Variation der Pulswiederholintervalle. Als Folge wird eine höhere mittlere Pulswiederholrate benötigt, denn eine erfolgreiche Interpolation erfordert prinzipiell eine gewisse Korrelation bzw. Redundanz zwischen den Abtast- werten in der Flugrichtung. Die höhere mittlere Pulswiederholrate führt wiederum zu einer hohen Datenrate. In Abweichung von den oben beschriebenen Ansätzen werden in einem SAR-System, das analog zu Fig. 1 eine Sende- und Empfangseinrichtung 2 auf einem Satelliten 1 umfasst, die Radarpulse in zumindest zwei ineinander verschachtelten Pulssequenzen mit unterschiedlicher Pulswiederholrate und entsprechender Verschiebung zwischen die Pulssequenzen ausgesendet, wobei die Pul swiederholrate jedoch für jede Pulsse- quenz konstant ist. Die Pulswiederholraten und die Verschiebung der Pulssequenzen ist dabei derart gewählt, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume der entsprechenden Radarechos hinweg die blinden Bereiche der Radarechos von der ei- nen Pulssequenz immer an einer anderen Stelle in Range-Richtung als die blinden Be- reiche der anderen Pulssequenz liegen.
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Variante von zwei ineinander verschachtelten Pulsse- quenzen, die in der hier beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahren genutzt werden. Die entlang der Zeitachse t ausgesendeten Radarpulse sind durch Balken wiedergegeben. Die weißen Balken repräsentieren dabei Radarpulse RP1, die zu einer ersten Pulssequenz SE1 gehören und mit dem konstanten Pulswie- derholintervall PRl1 ausgesendet werden. Demgegenüber repräsentieren die schraf- fierten Balken Radarpulse RP2 einer zweiten Pulssequenz SE2, die ein kleineres Puls- wiederholintervall PRI2 aufweist. Die Pulse von beiden Sequenzen haben dabei die identische Pulslänge τp . In der Momentaufnahme der Fig. 2 ist der zeitlich früheste Puls RP1 der ersten Pulssequenz SE1 um Δp gegenüber dem benachbarten Puls RP2 der zweiten Pulssequenz SE2 versetzt. In allen nachfolgend beschriebenen Figuren sind die Radarpulse RP1 der ersten Pulssequenz durch weiße Balken und die Radar- pulse RP2 der zweiten Radarpulse durch schraffierte Balken angedeutet
In der Ausführungsform der Fig. 2 gelten folgende Bedingungen:
N1 · PRl1 = N 2 · PRI2 , wobei N1 und N 2 positive ganze Zahlen darstellen, welche teilerfremd sind. Konkret wurde dabei in Fig. 2 N1 = 2 und N 2 = 3 gewählt. Ferner gilt
Figure imgf000016_0001
Bei der Erfassung der SAR-Signale gibt es eine minimale Ny qui st- Azimut- Abtastrate, durch die ein maximales Pulswiederholintervall PRINyq bestimmt ist. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Streifenbreite größer als dieses Pulswiederholinter- vall ist, d.h. es gilt · Entsprechend der Darstellung der
Figure imgf000016_0002
Fig. 2 werden die Pulse der ersten Pulssequenz zu den Zeitpunkten
Figure imgf000016_0003
ausgesendet, wohingegen die Pulse der zweiten Pulssequenz zu den Zeitpunkten t1 [m] ausgesendet werden, wobei m einen ganzzahligen Index bezeichnet.
Nimmt man an, dass t = 0 das Zentrum eines gesendeten Pulses ist, so ist dessen Sen- dezeitintervall gegeben durch . Zu einem entsprechenden Emp-
Figure imgf000016_0004
fangszeitpunkt trx werden von diesem Puls Radarechos von Streuern auf der Erdober- fläche aus dem Entfernungsbereich gleichzeitig
Figure imgf000016_0005
empfangen.
Wenn ein Empfang von Radarechos zu den Zeitpunkten ta ≤ trx ≤ tb aufgrund eines gerade ausgesendeten Radarpulses nicht möglich ist, sind entsprechende Entfernungen im Bereich betroffen. In diesem Entfernungsbereich
Figure imgf000016_0006
gehen Teile des Pulses verloren und die volle Auflösung ist nicht mehr erreichbar.
Diese Bereiche sind die oben genannten Lücken bzw. blinden Bereiche.
Für eine einzelne Pulssequenz mit dem Pulswiederholintervall PRI sind die relevanten Empfangsabbruchzeiten gegeben durch und
Figure imgf000016_0008
Figure imgf000016_0007
Figure imgf000016_0009
y , wobei τguard ein Schutzintervall ist, das deutlich kleiner als τp ist und gegebenenfalls auch auf Null gesetzt werden kann. Dementsprechend liegen
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0002
Gemäß den Pulssequenzen der Fig. 2 entstehen blinde Bereiche für die erste Sequenz SE1 zentriert bei den Entfernungen und für die zweite Sequenz
Figure imgf000017_0003
SE 2 zentriert bei den Entfernungen . Diese Lücken bzw. blin-
Figure imgf000017_0004
den Bereiche werden im Folgenden auch als Co-Lücken bezeichnet und entsprechen den ersten Lücken im Sinne der Patentansprüche. Sie werden durch das Senden eines Radarpulses in der gleichen Pulssequenz wie das empfangene Radarecho verursacht (Sendezeitpunkte t1[m]). Bei mehreren Pulssequenzen gibt es noch weitere Lücken bzw. blinde Bereiche, die im Folgenden als Cross-Lücken bezeichnet werden und den zweiten Lücken im Sinne der Patentansprüche entsprechen. Diese werden dadurch ver- ursacht, dass beim Empfang eines Radarpulses der einen Sequenz gerade ein Radar- puls der anderen Sequenz ausgesendet wird (Sendezeitpunkte t2[m']). Im Unterschied zu den Co-Lücken werden die Entfernungen dieser Cross-Lücken im Folgenden mit R12 und R21 bezeichnet. R12 bezieht sich dabei auf eine Cross-Lücke für ein empfan- genes Radarecho der ersten Sequenz, die durch Aussenden eines Radarpulses der zwei- ten Sequenz verursacht wurde. Demgegenüber bezieht sich R21 auf eine Cross-Lücke des empfangenen Radarechos der zweiten Sequenz, die durch ein Senden eines Radar- pulses der ersten Sequenz verursacht ist.
Bezieht man sich auf die erste Sequenz SE1 als Referenz, liegen die Co-Lücken und Cross-Lücken für entsprechende Radarechos der ersten Sequenz an folgenden Positi- onen, wobei die Entfernungen immer ausgehend von dem Rand Rmin des erfassten Streifens SW abzüglich dem mit der Pulslänge τp korrespondierenden Entfernungs- wert gemessen werden: (proportional zu t1[n 0 + n] — t1[n0])
Figure imgf000017_0005
P (proportional zu t2[k] — t1[m]) .
Figure imgf000017_0006
Dabei sind nur Indizes relevant, für die gilt
Figure imgf000018_0001
Rmin ≤ R11(n +n 0)≤ Rmax. n0 bezeichnet dabei die Anzahl der sog. „Travelling Pulses“, die ausgesendet werden, bis das Echo eines Radarpulses, das vom Anfang des Streifens SW an der Position
Rmin stammt, in der Radareinrichtung empfangen wird. D.h., es gilt
Figure imgf000018_0002
Mit anderen Worten bedeutet obige Bedingung, dass alle relevanten Co-Lücken dieje- nigen sind, die innerhalb des erfassten Streifens SW liegen.
In gleicher Weise sind nur solche Indizes k, m relevant, die im erfassten Streifen SW liegen, d.h. für diese Indizes gilt folgende Bedingung:
Rmin ≤ R12(k ,m )≤ Rmax.
Ein Teil der Entfernungen R11 und R12 ist in Fig. 3 beispielhaft für einen Streifen SW der Breite B veranschaulicht. Man erkennt dabei die gesendeten Radarpulse, welche die Lücken innerhalb des Streifens verursachen. Ferner ist schematisch die Anzahl der Travelling Pulses n0 als Abstand zwischen einem ursprünglich gesendeten schraffier- ten Radarpuls und dem benachbart zum Rand Rmin liegenden Radarpuls wiedergege- ben. In Fig. 3 sind die Entfernungen für n = 1, 2 sowie k = 0,1, 2 und m = 0 angege- ben. Die einzelnen Entfernungen sind in Fig. 3 und auch in den weiteren Figuren 4 bis 6 benachbart zu jeweiligen gestrichelten Linien angeordnet, die die entsprechende Po- sition für die Entfernung angeben.
Fig. 4 zeigt ergänzend eine Darstellung, welche neben den in Fig. 3 gezeigten Entfer- nungen für den Referenzpuls mit m = 0 (Diagramm DI1 der Fig. 4) auch die entspre- chenden Entfernungen für den Referenzpuls mit m = 1 wiedergibt (Diagramm DI2). Wie man aus dem Vergleich der Diagramme DI1 und DI2 erkennt, verändern durch die unterschiedlichen Pulswiederholintervalle PRI1 und PRI2 die Cross-Lücken ihre Range-Position entlang des entsprechenden Streifens SW in Azimut-Richtung, wohin- gegen die Co-Lücken ihre Position beibehalten.
In Analogie zu der ersten Sequenz SE1 ergeben sich Co-Lücken für die zweite Se- quenz SE2 als Referenz an folgenden (zentralen) Positionen:
Figure imgf000019_0001
Die Cross-Lücken für die zweite Sequenz sind ferner bei folgenden Entfernungen zentriert:
Figure imgf000019_0002
Dabei ist in Analogie zur obigen Beschreibung nur eine begrenzte Anzahl von Indizes
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0005
Ferner sind nur Indizes k', m' relevant, für die gilt: 2 Rmin ≤ R11(k' +m ')≤ Rmax.
Hier bezeichnet die Anzahl der Travelling Pulses für die zweite Pulsse-
Figure imgf000019_0004
quenz.
Entsprechende Co-Lücken und Cross-Lücken für die zweite Pulssequenz sind in der Darstellung der Fig. 5 für die Referenzpulse m' = 0 (Diagramm DI1'), m' = 1 (Dia- gramm DI2') und m' = 2 (Diagramm DI3') wiedergegeben. Wie man wieder anschau- lich erkennt, verändern sich die Range-Positionen der Cross-Lücken zwischen den Diagrammen (d.h. in Azimut-Richtung), wohingegen die Co-Lücken immer an den gleichen Range-Positionen liegen.
Für die anhand von Fig. 2 bis Fig. 5 verdeutlichten Pulssequenzen ist das erfindungs- gemäße Kriterium erfüllt, wonach Co-Lücken und Cross-Lücken von unterschiedli- chen Pulssequenzen immer an unterschiedlichen Range-Positionen innerhalb des Streifens SW liegen, was weiter unten nochmals anhand von Fig. 6 erläutert wird. Im Folgenden wird angegeben, wie das erfindungsgemäße Kriterium allgemeingültig be- schrieben werden kann, wobei ohne Beschränkung der Allgemeinheit von zwei Puls- sequenzen ausgegangen wird und weiterhin die oben beschriebenen Variablen verwen- det werden.
Allgemein muss gewährleistet werden, dass, obwohl jede Sequenz von Radarpulsen blinde Bereiche hat, die blinden Bereiche von beiden Sequenzen keine Überlappung zeigen. Unter anderem muss somit für die Co-Lücken folgende Bedingung gelten:
Figure imgf000020_0002
Diese Bedingung kann im Falle von identischen Pulswiederholraten für beide Sequen- zen, d.h. PRl1 = PRI2 nicht erfüllt werden, da dann R11(n) = R22(n') gilt. Somit ist PRI1 ≠ PRI2 zwingend erforderlich, damit keine Überlappung entsteht.
Darüber hinaus müssen auch Überlappungen zwischen den Co-Lücken der einen Se- quenz mit den Cross-Lücken der anderen Sequenz sowie Überlappungen zwischen den Cross-Lücken beider Sequenzen vermieden werden. Diese Bedingung kann durch fol- gende Gleichungen repräsentiert werden:
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0002
Die obigen Bedingungen müssen für alle Indizes n, m, k, n' , m' , k' gelten, für welche die korrespondierenden Entfernungen in dem erfassten Streifen von Interesse liegen (d.h. Rmin ≤ Rij ≤ Rmax ), so dass die Erfassung für Pulse in demselben Hochfre- quenz-Bereich (d.h. für Chirps mit demselben Träger und derselben Bandbreite) ein Mosaik über Range ermöglicht.
Hierfür sind mehrere Lösungen möglich, wobei in Fig. 3 bis Fig. 5 eine mögliche Lö- sung angegeben ist. Weitere Lösungen können durch den Fachmann problemlos unter Berücksichtigung der obigen Bedingungen mit entsprechenden mathematischen Me- thoden ermittelt werden.
Eine besonders bevorzugte Lösung liegt dann vor, wenn T12 = N1 . PRI1 = N2 . PRI2 gilt. Dabei sind N1 und N 2 positive ganze Zahlen, die teilerfremd sind, d.h. es gibt keine natürliche Zahl außer 1, die sowohl N1 als auch N2 teilt.
Wenn obige Bedingung gegeben ist, muss gleichzeitig folgende Bedingung erfüllt sein:
Figure imgf000021_0003
Nur dann kommt es nicht zur Überlappung zwischen Lücken unterschiedlicher Puls- sequenzen. Dabei können PRl1, N1 und N 2 in Abhängigkeit der Enden der Streifen, d.h. in Abhängigkeit von Rmin und Rmax , so angepasst werden, dass das Radarecho des Streifens genau zwischen N1 Co-Lücken empfangen wird. Eine solche Variante ist auch in der obigen Ausführungsform gemäß Fig. 3 bis Fig. 5 gezeigt. Fig. 6 verdeutlicht nochmals die Lage der Co-Lücken und Cross-Lücken in den ent- sprechenden Pulssequenzen SE1 und SE2 gemäß der Ausführungsform aus Fig. 2 bis Fig. 5. Das Piktogramm PI1 der Fig. 1 bezieht sich dabei auf die Pulssequenz SE1, wobei dort Co-Lücken durch weiße Balken angedeutet sind und mit BR1 bezeichnet sind, wohingegen Cross-Lücken durch Balken mit Schraffur repräsentiert werden und mit Bezugszeichen BR2 bezeichnet sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden die Bezugszeichen BR1 und BR2 nur für einen Teil der dargestellten Balken verwendet. Wie man aus dem Piktogramm PI1 erkennt, variieren die Range-Positionen der Cross- Lücken in Azimut-Richtung, wohingegen sich die Range-Positionen der Co-Lücken nicht verändern. Aus dem Piktogramm PI1 wird ferner ersichtlich, dass sich das Mus- ter der Anordnung der Lücken nach jedem zweiten Puls wiederholt, was auch durch den Pfeil P1 angedeutet ist.
Das Piktogramm PI2 der Fig. 6 zeigt die Co-Lücken und Cross-Lücken für die zweite Pulssequenz SE2. Die Co-Lücken sind dort mit BR1' und die Cross-Lücken mit BR2' bezeichnet. Die Co-Lücken sind nunmehr als schraffierte Balken wiedergegeben, wo- hingegen die Cross-Lücken weiße Balken sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist wie- derum nur ein Teil der Lücken mit entsprechenden Bezugszeichen BR1' bzw. BR2' versehen. Auch für die zweite Pulssequenz variieren die Range-Positionen der Cross- Lücken in Azimut-Richtung. Im Unterschied zur ersten Pulssequenz tritt das gleiche Pulsmuster nunmehr nach jedem dritten Radarpuls wieder auf, was durch den Pfeil P2 angedeutet ist.
Aus Fig. 6 wird ferner ersichtlich, dass die Überlagerung der beiden Piktogramme nicht dazu führt, dass in der Range-Richtung y innerhalb des Streifens SW Lücken der ersten Pulssequenz mit Lücken der zweiten Pulssequenz überlappen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der gesamte Streifen lückenfrei wiederhergestellt werden kann, da im Falle, dass in einer Pulssequenz eine Lücke auftritt, in der anderen Puls- sequenz keine Lücke vorhanden ist und somit entsprechende Radarechos empfangbar sind. In der Beschreibung der vorangegangenen Ausführungsform wurde angenommen, dass Radarechos in einem einzelnen Kanal in Azimut empfangen werden. Ferner ist Voraussetzung des oben beschriebenen Verfahrens, dass die Radarechos über mehrere Empfangskeulen mit unterschiedlichen Elevationswinkeln empfangen werden, um Range-Mehrdeutigkeiten aufgrund des gleichzeitigen Empfangs von Radarechos für unterschiedliche Radarpulse zu verhindern.
Das oben beschriebene Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung eines einzelnen Azimut-Kanals beschränkt. Gegebenenfalls können die Radarpulse auch über mehrere Azimut-Kanäle, d.h. gleichzeitig an unterschiedlichen Empfangspositionen in Azimut- Richtung, empfangen werden. Durch geeignete Wahl der Azimut-Kanäle kann dabei auch eine vorteilhafte äquidistante Abtastung der SAR-Signale erreicht werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde ferner angenommen, dass die Ra- darpulse immer mit der gleichen Empfangskeule ausgesendet werden, die den gesam- ten zu erfassenden Streifen abdeckt. Dies ist jedoch nicht zwangsläufig erforderlich. Vielmehr ist es auch möglich, dass die Radarpulse der ersten Sequenz andere Streifen als die Radarpulse der zweiten Sequenz erfassen, wobei die Radarpulse zumindest ei- ner Sequenz und ggf. jeder Sequenz nur solche Abschnitte aus dem Streifen erfassen, in denen sich keine Co-Lücken bzw. Cross-Lücken der entsprechenden Sequenz be- finden, sofern weiterhin SAR-Daten für die gesamte Streifenbreite erhalten werden.
Fig. 7 verdeutlicht zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiden oben beschriebenen Pulssequenzen SE1 und SE2. In dem Piktogramm PI1' der Fig. 7 sind die blinden BR1 und BR2 für die erste Pulssequenz SE1 im erfassten Streifen SW wiedergegeben, wobei mit der Sendekeule TI der Sendeeinrichtung der gesamte Strei- fen erfasst wird. In Piktogramm PI2' sind die blinden Bereiche für die zweite Pulsse- quenz SE2 wiedergegeben, wobei eine Variante dargestellt ist, bei der mit der Strah- lungskeule T2 der Sendeeinrichtung der gesamte Streifen abgedeckt wird. In dem Pik- togramm PI2' sind ferner durch schraffierte Abschnitte A Bereiche aus dem Streifen wiedergegeben, in denen sich die blinden Bereiche der ersten Pulssequenz befinden. Nur für diese schraffierten Abschnitte liegen in der ersten Pulssequenz keine Daten zu Radarechos vor. Demzufolge kann die Sendekeule für die zweite Pulssequenz so ein- gestellt werden, dass diese nur die schraffierten Abschnitte A erfasst. Dies ist in dem Piktogramm PI3' wiedergegeben. Wie man dort erkennt, strahlt die Sendeeinrichtung in drei separaten Teilsendekeulen T2' Radarpulse für die zweite Pulssequenz nur hin zu den schraffierten Abschnitten A ab. Dies hat den Vorteil, dass weniger Sendeleis- tung für das Aussenden der Radarpulse benötigt wird.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird ein SAR-Verfahren geschaffen, mit dem ein Streifen mit großer Breite und hoher Azimut-Auflösung erfasst werden kann und dabei die Nachteile konventioneller Betriebsmodi vermieden werden. Insbeson- dere tritt kein Scalloping-Effekt auf, der im ScanSAR-Betriebsmodus zu einem vari- ierenden Signal-Rausch-Verhältnis im SAR-Bild führt. Darüber hinaus ist durch die Verwendung von festen Pulswiederholraten eine regelmäßige Abtastung in Azimut gewährleistet, so dass keine Azimut-Interpolationsfilter benötigt werden, wie dies im herkömmlichen Staggered-SAR-Betriebsmodus der Fall ist. Es kann somit eine her- kömmliche Stripmap-Prozessierung zur Verarbeitung der erfassten Radarechos ver- wendet werden.
Das Verfahren ermöglicht ferner eine im Vergleich zu dem Staggered-SAR- Betriebsmodus niedrigere Pulswiederholfrequenz, wodurch die Datenrate reduziert wird und Entfernungs-Mehrdeutigkeiten positiv beeinflusst werden. Darüber hinaus können Azimut-Performanz-Vorteile sowohl gegenüber dem Staggered-SAR- Betriebsmodus als auch dem ScanSAR-Betriebsmodus erzielt werden. Das Verfahren der Erfindung wurde von den Erfindern im Rahmen von Simulationen getestet. Es hat sich in der Tat ergeben, dass die oben dargelegten Vorteile gegenüber herkömmlichen Betriebsmodi erreicht werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Synthetik- Apertur-Radarverfahren zur Fernerkundung der Erdoberfläche (S) über eine Radareinrichtung (2) auf einer Plattform (1), die sich in eine Azimut- Richtung (x) über der Erdoberfläche (S) bewegt, wobei die Radareinrichtung (2) eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung ist, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung (2a) zum Aussenden von Radarpulsen (RP1, RP2) dar- stellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung (2b) zum Empfang von Radarechos (EC) der an der Erdoberfläche (S) reflektierten Radarpulse (RP1, RP2) aus einem Streifen (SW) auf der Erdoberfläche (S) darstellt, wobei der Streifen (SW) eine vorgegebene Streifenbreite (B) in einer zur Azimut-Richtung (x) senkrechten Range-Richtung (y) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Radarpulse (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) in mehreren, in- einander verschachtelten Pulssequenzen (SE1, SE2) ausgesendet werden, wo- bei in jeder Pulssequenz (SE1, SE2) das Senden der Radarpulse (RP1, RP2) wiederholend basierend auf einem Pulswiederholintervall (PRl1, PRI2) mit einer festen Zeitlänge erfolgt, wobei jede Pulssequenz (SE1, SE2) der meh- reren Pulssequenzen (SE1, SE2) ein Pulswiederholintervall (PRl1, PRI2) mit einer anderen Zeitlänge als die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRl1, PRI2) der restlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) hat;
- in einem Empfangskanal der Empfangseinrichtung (2b) in Azimut-Richtung (x) oder in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung (2b), deren Azimut-Positionen in der Empfangseinrichtung (2b) versetzt zueinander an- geordnet sind, jeweils die Radarechos (EC) in aufeinander folgenden, der Streifenbreite (B) entsprechenden Empfangszeiträumen empfangen werden, wobei die Radarechos (EC) von einer jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) an vorgegebenen Range-Positionen innerhalb des Streifens (SW) Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') enthalten, die jeweils zu Radarechos (EC) gehören, die aufgrund des Sendens eines Radar- pulses (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) nicht empfangbar sind, wobei die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRl1, PRI2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und die zeitliche Verschiebung der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) zueinander derart festgelegt sind, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg die Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der Radarechos (EC) von unterschiedlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) innerhalb des Streifens (SW) in der Range-Richtung (y) nicht miteinander überlappen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRl1, PRI2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und deren zeitliche Verschiebung zueinander ferner derart festgelegt sind, dass an jedem Ende der beiden Enden des Streifens (SW) in Range-Richtung (y) eine Lücke (BR1, BR1') der Radarechos (EC) jeder Puls sequenz (SE1, SE2) dermeh- reren Puls Sequenzen (SE1, SE2) angrenzt und dabei außerhalb des Streifen (SW) liegt, wobei die Lücke (BR1, BR1') zu Radarechos (EC) der jeweiligen Pulsse- quenz (SE1, SE2) gehört, die aufgrund des Sendens eines Radarpulses (RP1, RP2) der jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) nicht empfangbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) genau zwei Pulssequenzen (SE1, SE2) enthalten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulssequen- zen (SE1, SE2) folgende Bedingung gilt:
N1 · PRl1 = N 2 · PRI2 wobei PRI1 das Pulswiederholintervall (PRl1, PRI2) eines der beiden Pulsse- quenzen (SE1, SE2) ist und PRI2 das Pulswiederholintervall (PRl1, PRI2) der anderen der beiden Pulssequenzen (SE1, SE2) ist; und wobei N1 und N 2 ganze positive Zahlen sind, welche teilerfremd sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der beiden Pulssequenzen (SE1, SE2) zueinander derart festgelegt ist, dass der mi- nimale Versatz ungleich Null, der zwischen zwei zeitlich benachbarten Pulsen (RP1, RP2) unterschiedlicher Pulssequenzen (SE1, SE2) auftritt, maximiert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarechos (EC) in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung (2b), deren Azimut-Positionen in der Empfangseinrichtung (2b) versetzt zueinander angeordnet sind, empfangen werden, wobei gilt:
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und
Mch = max(N1 . m; N2 . m) wobei Laz die Länge der Empfangseinrichtung (2b) in Azimut-Richtung (x) ist; wobei Mch die Anzahl der Empfangskanäle ist; wobei vsat die Geschwindigkeit der Plattform (1) in Azimut-Richtung über der
Erdoberfläche (S) ist; und wobei m eine ganze positive Zahl ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (2a) für eine jeweilige Pulssequenz (SE1, SE2) zu- mindest eines Teils der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und vorzugsweise für jede Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) Ra- darpulse (RP1, RP2) aussendet, welche nur solche Abschnitte des Streifens (SW) beleuchten, in denen keine Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der jeweiligen Puls- sequenz (SE1, SE2) liegen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (2a) für eine Pulssequenz (SE1) Radarpulse (RP1, RP2) aussendet, welche den gesamten Streifen (SW) beleuchten, wohingegen die Sendeeinrichtung (2a) für jede andere Pulssequenz (SE2) Radarpulse (RP1, RP2) aussendet, welche nur solche Abschnitte des Streifens (SW) beleuchten, in denen keine Lücken (BR1 BR2') der jeweiligen anderen Pulssequenz (SE2), jedoch Lücken (BR1, BR2) der einen Pulssequenz (SE1) liegen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Radarechos (EP) jeder Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Puls- sequenzen (SE1, SE2) separat SAR-Bilder der Erdoberfläche (S) ermittelt wer- den und aus diesen SAR-Bildern ein gemeinsames SAR-Bild berechnet wird.
10. Synthetik-Apertur-Radarsystem zur Fernerkundung der Erdoberfläche (S) über eine Radareinrichtung (2) auf einer Plattform (1), die sich in eine Azimut-Rich- tung (x) über der Erdoberfläche (S) bewegt, wobei die Radareinrichtung (2) eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung ist, welche im Sendebetrieb eine Sendeeinrichtung (2a) zum Aussenden von Radarpulsen (RP1, RP2) darstellt und im Empfangsbetrieb eine Empfangseinrichtung (2b) zum Empfang von Ra- darechos (EC) der an der Erdoberfläche reflektierten Radarpulse (RP1, RP2) aus einem Streifen (SW) auf der Erdoberfläche (S) darstellt, wobei der Streifen (SW) eine vorgegebene Streifenbreite (B) in einer zur Azimut-Richtung (x) senkrech- ten Range-Richtung (y) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarein- richtung (2) derart ausgestaltet ist, dass
- die Radarpulse (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) in mehreren, in- einander verschachtelten Pulssequenzen (SE1, SE2) ausgesendet werden, wo- bei in jeder Pulssequenz (SE1, SE2) das Senden der Radarpulse (RP1, RP2) wiederholend basierend auf einem Pulswiederholintervall (PRl1, PRI2) mit einer festen Zeitlänge erfolgt, wobei jede Pulssequenz (SE1, SE2) der meh- reren Pulssequenzen (SE1, SE2) ein Pulswiederholintervall (PRl1, PRI2) mit einer anderen Zeitlänge als die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRl1, PRI2) der restlichen Pulssequenzen (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) hat; - in einem Empfangskanal der Empfangseinrichtung (2b) in Azimut-Richtung (x) oder in mehreren Empfangskanälen der Empfangseinrichtung (2b), deren Azimut-Positionen in der Empfangseinrichtung (2b) versetzt zueinander an- geordnet sind, jeweils die Radarechos (EC) in aufeinander folgenden, der Streifenbreite (B) entsprechenden Empfangszeiträumen empfangen werden, wobei die Radarechos (EC) von einer jeweiligen Pulssequenz (SE1, SE2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) an vorgegebenen Range-Positionen innerhalb des Streifens (SW) Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') enthalten, die jeweils zu Radarechos (EC) gehören, die aufgrund des Sendens eines Radar- pulses (RP1, RP2) durch die Sendeeinrichtung (2a) nicht empfangbar sind, wobei die Zeitlängen der Pulswiederholintervalle (PRl1, PRI2) der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) und die zeitliche Verschiebung der mehreren Pulssequenzen (SE1, SE2) zueinander derart festgelegt sind, dass über alle aufeinander folgenden Empfangszeiträume hinweg die Lücken (BR1, BR1', BR2, BR2') der Radarechos (EC) von unterschiedlichen Pulssequenzen
(SE1, SE2) innerhalb des Streifens (SW) in der Range-Richtung (y) nicht miteinander überlappen.
Synthetik-Apertur-Radarsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthetik- Apertur-Radarsystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der An- sprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
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