www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Spreizung der Dopplerfrequenz

platform
direction
synthetic aperture length L
range R

Bild 1: Dopplerfrequenz von festen Punkten während des Vorbeifluges

platform
direction
synthetic aperture length L
range R

Bild 1: Dopplerfrequenz von festen Punkten während des Vorbeifluges

Spreizung der Dopplerfrequenz

Wenn das Radar zwei Festpunkte (von B nach A) passiert, dann wird die den Echosignalen auferlegte Dopplerfrequenz annähernd linear zur Zeit sich ändern. An einem Punkt, wenn die Radialgeschwindigkeit Null ist, wird auch die Dopplerfrequenz Null sein. Dann wird sie wieder, aber mit negativem Vorzeichen, ansteigen. Die Dopplerfrequenz wird also einem „Chirp” ähneln. Die Bandbreite der Dopplerfrequenz (hier der Bereich aller zu erwartenden Dopplerfrequenzen) liegt zwischen den beiden Extremen an den Punkten A und B. Für einen schmalen Öffnungswinkel ist sie gegeben mit:

fD1 - fD2 = 2v · φa v = Geschwindigkeit der Plattform
φa = der -3dB Öffnungswinkel
λ = die Wellenlänge des Radars.
(1)

λ
Dopplerfrequenz [Hz]

Bild 2: Die Dopplerfrequenz von Groundclutter ist richtungsabhängig bei sich bewegender Radarplattform (hier mit 100 m/s)

Dopplerfrequenz [Hz]

Bild 2: Die Dopplerfrequenz von Groundclutter ist richtungsabhängig bei sich bewegender Radarplattform (hier mit 100 m/s)

Festzielechos erhalten durch die Bewegung der Plattform eine Doppler-Frequenz. Trotz konstanter Fluggeschwindigkeit ist diese Doppler-Frequenz nicht konstant, sondern wird durch die Winkeländerung (und somit die Änderung der Radialgeschwindigkeit) beim Vorbeiflug verändert. Nur in größerer seitlicher Entfernung von der Plattform kann die Änderung der Doppler-Frequenz als annähernd linear angenommen werden.

Festziele am Boden haben abhängig von ihrer Entfernung zum Flugpfad der Radarplattform einen charakteristischen Verlauf der Änderung ihrer Dopplerfrequenz. Je weiter der Punkt von dieser Flugbahn entfernt ist, desto geringer ist die Bandbreite der Doppler-Frequenz. Anhand von dieser Bandbreite kann sogar auf die Entfernung zurückgeschlossen werden. Diese Art Entfernungsbestimmung und die gemessene Laufzeit für die Schrägentfernung ergeben zusammen ein dreidimensionales Abbild der Erdoberfläche.

Frequenz [Hz]
Phase [Grad]
Amplitude [V]
Zeit [s]
Zeit [s]

Bild 3: Frequenz-, Phasen- und Amplitudenverlauf des Azimuthsignals für ein Punktziel

Frequenz [Hz]
Phase [Grad]
Amplitude [V]
Zeit [s]
Zeit [s]

Bild 3: Frequenz-, Phasen- und Amplitudenverlauf des Azimuthsignals für ein Punktziel

Bewegte Ziele in SAR

Der SAR- Signalprozesssor arbeitet unter der Annahme, dass die reflektierenden Punkte der Landschaft während der Dauer der Messung stationär sind. Jeder Punkt innerhalb der sichtbaren Landschaft wird durch eine einzigartige Änderung des Phasenverlaufs des Echosignals aus den verschiedenen SAR-Positionen charakterisiert. Diese Einzigartigkeit wird umgekehrt ausgegenutzt, um aus dem Phasenverlauf auf die Position des reflektierenden Objektes zu schließen, jedoch trifft diese Bedingung für jeweils zwei Punkte zu, die sich symmetrisch links und rechts des auf die Erdoberfläche projizierten Flugweges befinden.

Wenn dieser Phasenverlauf mit Phasenverschiebung durch Eigenbewegung überlagert wird, entstehen abhängig von den Besonderheiten dieser Eigenbewegung (Bewegungsrichtung, -geschwindigkeit) Phänomene, die von einfacher Verschiebung des dargestellten Standortes über ein verschwommenes Bild bis hin zur völligen Unschärfe, die das Zielzeichen unsichtbar werden lässt, reichen. Dieses Phänomen zeigt sich in Radarmaps, bei denen zum Beispiel Schiffe in voller Fahrt mehrere zehn Meter neben ihrer Bugwelle dargestellt werden oder eine Eisenbahn neben dem Gleis dargestellt wird. Diese bewegten Ziele können durch Untersuchungen der Dopplerfrequenzänderung über die Zeit analysiert und zu einem scharfen Bildpunkt konzentriert werden. Das ermöglicht ebenfalls, diese Bewegtziele von stationären Bildpunkten des Hintergrundes zu unterscheiden und somit deren Positionsverschiebung abhängig von Kurs und Eigengeschwindigkeit zu korrigieren.