DE4304027C2

DE4304027C2 - Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen

Info

Publication number: DE4304027C2
Application number: DE4304027A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Klausing
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2013-02-12
Also published as: DE4304027A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radargerät mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Radargerät ist aus der DE 39 22 086 durch die Anmelderin be kanntgeworden. Dieses Gerät (ROSAR-Gerät) weist einen Sender und einen Empfänger auf, deren zumindest eine Antenne zum Senden und Empfangen von Radarimpulsen am Ende eines rotierenden Armes - beispielsweise eines Hubschrauberrotors oder eines Drehkreuzes oberhalb der Rotorachse - an geordnet ist. Die Empfangssignale werden demoduliert und zwischengespei chert und anschließend mit Referenzfunktionen korreliert. Diese Refe renzfunktionen werden jeweils in Abhängigkeit von der Beleuchtungsgeome trie des Radargerätes errechnet oder vorgegeben. Hierbei sind die Para meter für eine solche Berechnung oder Vorgabe die zu vermessenden Ent fernungsintervalle, die Sendefrequenz, die Länge des rotierenden Armes und der Drehwinkelbereich der Antenne, aus dem Signale rückempfangen werden, ferner die Anzahl der Sendeimpulse und die Höhe der rotierenden Antenne über Grund. Das Korrelationsergebnis wird angezeigt, beispiels weise durch einen Monitor. Ein derartiges Radargerät kann nahezu in Echtzeit im On-line-Betrieb eingesetzt werden und somit beispielsweise neben der Kartographie und der Hinderniswarnung auch der Zielaufklärung und der Zielverfolgung dienen (MBB-UA-1150-89 Pub = OTN 029299, 1989 - S 94).

Bei diesem Gerät der Anmelderin wird das Ergebnis für jedes Entfernungs intervall stets durch Korrelation des Empfangssignals mit einer für die ses Intervall gültigen Referenzfunktion erhalten. Nun wird die Auflösung eines ROSAR-Gerätes in lateraler und radialer Richtung durch teilweise miteinander verkoppelte Parameter bestimmt, so durch die Wellenlänge Lambda und die Länge L des rotierenden Antennenarmes, durch den Öff nungswinkel der Antenne "Gamma", die Entfernung R_GO zwischen Antenne und Mittellinie des ausgeleuchteten Streifens, die Höhe H₀ der Antenne über Grund, die Impulswiederholfrequenz f_p und Dauer "Tau" der Sende impulse und damit die Zahl Z_s der Impulse pro Aperturlänge S, die Ab tastrate für die Entfernungsintervalle usw.

Aus der Kenntnis heraus, daß Radargeräte im Frequenzbereich um 1 GHz Laubwerk und Geäst von Bäumen durchdringen können, lag der Gedanke rela tiv nahe, solche Geräte auch zur Detektion und Aufklärung sogenannter "untergezogener" Ziele - also Ziele, die vollkommen durch Laub, Bäume usw. verdeckt sind - zu verwenden. Dem stand jedoch der Nachteil entge gen, daß diese langwelligen Radargeräte eine absolut ungenügende Late ralauflösung aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, durch den es ermöglicht wird, Radargeräte mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen (ROSAR) auf den Einsatz mit großen Wellen längen - niedrige Frequenzen - auszuweiten und dabei mit realistischen Antennenabmessungen eine gute Auflösung zu erzeugen und eine Zieldetek tion zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch angegebenen Maßnahmen in überraschender Weise gut gelöst.

In der nachfolgenden Beschrei bung sind Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren der Zeichnung er gänzen diese Erläuterungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Prozessors für ein ROSAR-Gerät für den Ein satz zur Detektion und Aufklärung von untergezogenen Zielen,

Fig. 2a eine Seitenansicht eines Geräteaufbaus mit Beleuchtungsgeometrie zur Abbildung der Umgebung mit einer rotierenden Plattform in schematischer Darstellung,

Fig. 2b eine Draufsicht eines Geräteaufbaus gemäß Fig. 2a,

Fig. 2c ein Schaubild eines "untergezogenen" zu detektierenden Gebäudes oder Containers,

Fig. 2d ein Schaubild eines "untergezogenen" zu detektierenden Flugzeugs in Parkstellung,

Fig. 3a einen Aufzeichnungsverlauf für das Empfangssignal S_E eines verdeckten geparkten Flugzeugs im 6. Entfernungsintervall als Funktion des Drehwinkels α,

Fig. 3b einen Aufzeichnungsverlauf für das Empfangssignal S_E eines verdeckten Containers im 3. Entfernungsintervall als Funktion des Drehwinkels α,

Fig. 4a einen Aufzeichnungsverlauf der Korrelationsergebnisse des 3. Entfernungsintervalls als Funktion der Drehwinkelverschiebung α_r,

Fig. 4b einen Aufzeichnungsverlauf der Korrelationsergebnisse des 6. Entfernungsintervalls als Funktion der Drehwinkelverschhiebung α_r,

Fig. 5 eine dreidimensionale Darstellung der Korrelationsergebnisse für den verdeckt stehenden Container im 3. Entfernungsintervall als Funktion der Winkelverschiebung α_r,

Fig. 6 eine dreidimensionale Darstellung der Korrelationsergebnisse für das verdeckt geparkte Flugzeug im 6. Entfernungsintervall als Funktion der Winkelverschiebung α_r.

Das in Fig. 1 gezeigte Schaltbild eines Prozessors für ein langwelliges ROSAR-Gerät zur Entdeckung vollkommen verdeckter - unterzogener - Ziele veranschaulicht, wie in der oberen Hälfte des Blockschaltbildes entspre chend einem ersten Kanal diejenigen Bausteine dargestellt sind, die zur Erzeugung der Referenzfunktionen notwendig sind und in der unteren Hälfte entsprechend einem zweiten Kanal diejenigen Bausteine, die den Empfang der am Boden reflektierten Signale dienen.

Im sogenannten ersten Kanal ist ein Geometriebaustein 1 vorgesehen, der anhand der Höhe H₀ der Antenne über Grund und anderer Parameter, ins besondere dem Depressionswinkel, dem Inklinationswinkel und der Länge des Rotorarmes, verschiedene Größen und Funktionen berechnet, die einer Prozessorschaltung 2 zum Aufteilen des ausgeleuchteten Gebietes in ein zelne Entfernungsintervalle zugeführt werden. Diese Prozessorschaltung 2 ist mit einem Prozessorbaustein 3 verbunden, in dem anhand der Ausgangs signale der Prozessorschaltung 2 die Referenzfunktionen für die einzel nen Entfernungsintervalle berechnet werden. Die für die Korrelation not wendigen Referenzfunktionen werden in einen Speicher 4 übertragen.

Im zweiten Kanal werden die Echosignale S_e einem Quadraturdemodulator 5 zugeführt und in die Inphase- und Quadraturkomponente I_e bzw. Q_e zerlegt. Die beiden Komponenten werden Analog-Digital-Wandlern 6 zuge führt, an deren Ausgang dann diskrete Abtastwerte vorliegen. Diese kom plexen Echosignale werden dann für die Korrelation in einen Speicher 7 übertragen. In diesem Speicher 7 werden die Empfangssignale S_E für die jeweiligen Entfernungsintervalle aus den zu diesen Intervallen zugehöri gen Echosignalen zusammengefügt. Die jeweils in den Speichern 4 bzw. 7 abgelegten Signale werden synchron einem Korrelator 8 zugeführt und kor reliert.

Das Korrelationsergebnis wird an einer Anzeige - beispielsweise einem Monitor 9 - dargestellt und/oder weiter einem Auswertegerät 10 zuge führt. Zu erwähnen ist weiterhin, daß, falls das Drehkreuz auf einem Mast oder einer ortsfesten Einrichtung - beispielsweise auf dem Tower im Rahmen der Flugsicherung - angeordnet ist, die Möglichkeit besteht, sich bewegende Ziele durch Bildvergleich, d. h. durch Bildkorrelation bei auf einanderfolgenden Umläufen zu erkennen. Alternativ zur rotierenden An tenne ist dann auch eine elektronisch gesteuerte Antenne denkbar.

Claims

Einrichtung zur Entdeckung unterzogener (verdeckter) Ziele durch ein langwelliges Radar mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender An tennen (ROSAR) mit mindestens einem Sender und Empfänger, deren An tenne(n) zum Senden von Radarimpulsen am Ende eines rotierenden Armes angeordnet ist, mit einer Einrichtung zum Demodulieren und Zwischenspei chern der Empfangssignale, mit Einrichtungen zum Bilden und Speichern von Referenzfunktionen in Abhängigkeit von der Beleuchtungsgeometrie des Radargerätes, der zu vermessenden Entfernungsintervalle, der Drehwinkel bereiche, der Sendeimpulse sowie der Höhe der rotierenden Antenne über Grund, und mit einer Einheit zum Korrelieren der Empfangssignale mit den Referenzfunktionen sowie einem Anzeigegerät für das Korrelationsergebnis, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Frequenzbereich von 1 GHz ar beitenden ROSAR-Gerät ein Prozessor zugeordnet wird, der in seinem er sten Kanal eine Einheit (1) aufweist, die anhand der Höhe (H₀) der Antenne über Grund und dem Depressionswinkel, dem Inklinationswinkel, der Länge des Rotorarmes und weiterer Korrekturpa rameter die sich durch Abweichungen von idealen Werten (Kinematiksensor) ergeben, die Beleuchtungsgeometrie berechnet und einer Prozessorschaltung (2) zum Auf teilen des ausgeleuchteten Gebietes in einzelne Entfernungsintervalle ein gibt, welche mit einem weiteren Prozessorelement (3) verbunden ist, das anhand der Ausgangssignale der Prozessorschaltung (2) die Referenzfunktion für die einzelnen Entfernungsintervalle berechnet und einem Speicher (4) eingibt und in seinem zweiten Kanal gleichzeitig die Echosignale S_e emp fängt und einem Quadraturdemodulator (5) zuführt, welcher diese Signale in die Inphasen- und Quadraturkomponente (I_e) bzw. (Q_e) zerlegt und Analog- Digital-Wandlern (6) zuführt, von wo sie in einen Speicher (7) eingehen, in dem für die jeweiligen Entfernungsintervalle aus den zu diesen Intervallen zuge hörigen Echosignalen das jeweilige Empfangssignal zusammengefügt wird und die aus den beiden Kanälen kommenden Signale synchron in einem Kor relator (8) korreliert und in einer Einheit (9) angezeigt und/oder einer Auswer teeinheit (10) eingegeben werden.