Bistatic Exploration - Ein DFG-gefördertes Projekt im Forschungsverbund mit der Universität Siegen

Bistatic Exploration - Fernerkundung mit bistatischem SAR

Durch die rasante Entwicklung des Radars mit Synthetischer Apertur (SAR) hin zu operationellen Systemen haben sich die Möglichkeiten sowohl der Fernerkundung im Allgemeinen als auch der Überwachung und Aufklärung im Speziellen wesentlich erweitert. Unabhängig von der Tageszeit und den vorherrschenden Wetterbedingungen (Wolken, Regen, Nebel, Schnee usw.) können so hochauflösende Bilder von nahezu jedem beliebigen Ort der Erde gewonnen werden. Bei operationell eingesetztem SAR handelt es sich üblicherweise um monostatische Systeme, bei denen sowohl der Radarsender als auch der Empfänger auf derselben Plattform (Satellit, Flugzeug etc.) betrieben werden.

Eine erhebliche Steigerung der SAR-Leistungsfähigkeit - und somit die Erschließung neuer Anwendungsfelder - verspricht der Einsatz von bistatischem SAR, bei dem sich Sender und Empfänger auf getrennten Plattformen befinden. Die folgenden Punkte stellen eine Übersicht von Zugewinnen zukünftiger bistatischer SAR-Systeme dar.

• Mehr Informationen über die aufgenommene Szene durch eine Kombination von mono- und bistatischen SAR-Signaturen
• Verbesserte Szeneninterpretation und Klassifizierung durch eine höhere Anzahl von Freiheitsgraden
• Erhöhung des RCS (Radar Cross Section) von Objekten bei ausgewählten bistatischen Konstellationen
• Verringerung des RCS bei monostatisch überstrahlten Objekten (Di- und Polyhedraleffekt, z. B. in urbanen Gebieten)
• Abbildung in und entgegengesetzt der Flugrichtung
• Reduzierung der Verwundbarkeit militärischer Radarsysteme (rein passive Empfängerplattform)
• Bahnorthogonale und –parallele Interferometrie mit großen Basislinien
• Kostenersparnis (ein Sender bedient eine Vielzahl von Empfängern)

Forschungsverbund mit der Universität Siegen

Verbunden durch eine langjährige intensive Zusammenarbeit zwischen FGAN-FHR und dem ZESS (Zentrum für Sensorsysteme) der Universität Siegen und folgend den Zielen unseres gemeinsamen Kooperationsvertrages, wurde ein gemeinsames Forschungsvorhaben, gefördert durch die DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft), ins Leben gerufen. Zusammen mit dem FOMAAS (Forschungszentrum für Multidisziplinäre Analysen und Angewandte Systemoptimierung) der Universität Siegen verfolgen die drei Partner durch eine intensive Bündelung ihrer Fähigkeiten das ehrgeizige Ziel, die bistatische SAR-Fernerkundung einen entscheidenden Schritt voranzubringen.

Hierbei wird die gesamte Kette wissenschaftlicher und technologischer Fragestellungen erfasst und in Teilprojekten bearbeitet. Dies sind im Einzelnen, die Entwicklung einer modularen Simulationsumgebung, die hochgenaue Synchronisation und Positions- und Lagebestimmung der verwendeten Plattformen, die Durchführung komplexer hybrider weltraum-luftgetragener bistatischer SAR-Experimente, die Entwicklung effizienter bistatischer SAR-Prozessoren und die Visualisierung der so gewonnenen bistatischen SAR-Bilder. Das gesamte Projekt startete im Sommer 2006 und ist für die Dauer von vier Jahren ausgelegt.

Bistatische SAR-Experimente

Eines der Kernprojekte des Gesamtpaketes werden komplexe hybride bistatische SAR-Experimente sein, die unter Nutzung des FGAN-FHR-eigenen luftgetragenen SAR-Systems PAMIR und des in einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen EADS-Astrium und DLR entwickelten und gebauten deutschen Radarsatelliten
TerraSAR-X durchgeführt werden. Bei PAMIR handelt es sich um eines der modernsten luftgetragenen experimentellen X-Band SAR-Systeme, welches in einer Transall C-160 zum Einsatz kommt (siehe entsprechende Projektblätter).

TerraSAR-X, dessen Start Anfang 2007 erwartet wird, steht voraussichtlich im Sommer/Herbst 2007 für die geplanten Experimente zur Verfügung. In einem Zeitraum von zwei Jahren wird die Komplexität der Experimente schrittweise gesteigert. Eine hohe technologische Herausforderung stellt hierbei die Raum-Zeit-synchronisation beider Plattformen dar. Zur zeitlichen Maximierung der Überdeckung beider Antennenfußabdrücke wird erstmalig die Double-Sliding Technik eingesetzt, bei der die Geschwindigkeit des Antennenfußabdrucks in Bezug auf die Geschwindigkeit der Plattform für PAMIR erhöht und für TerraSAR-X verringert wird (weitere Informationen im entsprechenden Projektblatt).

Prozessierung

Ein weiteres Kernprojekt des Gesamtpaketes stellt die Entwicklung bistatischer SAR-Prozessoren dar.

Während die Entwicklung monostatischer SAR-Prozessoren bereits eine Vielzahl effizienter Lösungen hervor gebracht hat, steckt die Entwicklung effizienter bistatischer SAR-Prozessoren noch in den Anfängen. Deshalb forcieren die Institute FGAN-FHR und ZESS die Entwicklung und Im-plementierung zweier eigener, viel versprechender Ansätze, mit denen die in den Experimenten gewonnenen bistatischen SAR-Rohdaten prozessiert werden können.

Synchronisation und Positions- und Lagebestimmung

Um die Prozessierung von SAR-Bilder mit hoher Qualität zu ermöglichen, müssen bistatische SAR-Systeme hochgenau in Raum und Zeit synchronisiert werden. An den Instituten FGAN-FHR und ZESS werden hierzu zwei sich ergänzende Lösungsansätze entwickelt, durch die eine präzise Positions- und Lagebestimmung der luftgetragenen Plattformen möglich sein wird. Das FHR verfolgt einen Ansatz, bei dem die relative Lage zweier fliegender Plattformen zueinander mit hoher Genauigkeit bestimmt wird. Hierbei werden auf beiden luftgetragenen Plattformen vier Navigationseinheiten betrieben, die mit einem GPS-ähnlichen Verfahren miteinander kommunizieren. Der Ansatz des ZESS basiert auf einem Datenfusionsansatz mit einem Netzwerk aus GPS-Sensoren, Gyroskopen und Beschleunigungssensoren. Dabei wird Wert auf eine kostengünstige Echtzeitfähigkeit gelegt.
Simulation und Visualisierung

Zur Unterstützung der Entwicklung bistatischer SAR-Prozessoren und zur Planung bistatischer SAR-Experimente wird am FOMAAS ein modularer SAR-Simulator entwickelt. Dieser ermöglicht die Erzeugung bistatischer Rohdaten mit beliebigen bistatischen SAR-Parametern.

Am ZESS wird eine Visualisierungssoftware entwickelt, mit der es möglich sein wird, die prozessierten bistatischen SAR-Bilder in Echtzeit darzustellen und interaktiv zu untersuchen.

Die einzelnen Projekte:

• ModSAR-Sim
• TerraPAMIR
• BiSARSynch
• AtPos
• BiFOCUS
• SARVis

Weitere Informationen (extern):

• Projektseiten des ZESS
  

 

 

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