www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Space-Time Adaptive Processing (STAP)

Bewegtziel:
Festziele
SNR [dB]
normiertes Doppler
sin (Azimuth)
Störsender

Bild 1: Raum-Zeit Spektrum

Bewegtziel:
Festziele
SNR [dB]
normiertes Doppler
sin (Azimuth)
Störsender

Bild 1: Raum-Zeit Spektrum

Space-Time Adaptive Processing (STAP)

Von modernen luftgestützten Radarsystemen wird erwartet, dass sie die gewünschten Ziele auch unter dem Einfluss von Festzielen (Clutter) und Störstrahlungen (Jamming) erkennen. Durch die Eigenbewegung der Flugzeuges weisen die Echos von Clutter ebenfalls eine Dopplerverschiebung auf. Diese Dopplerfrequenz verhält sich proportional zur jeweiligen radialen Komponente der Relativgeschwindigkeit und ist vom Winkel zur Bewegungsachse abhängig. Die Dopplerfrequenz von langsam bewegten Zielen liegt in der Regel innerhalb des Hauptkeulenanteils des Clutterspektrums, so dass eine Trennung allein über die Dopplerfrequenz wie bei bodengestützten Radargeräten, nicht möglich ist.

Die Trennung solcher Clutter-Echos von Bewegtzielechos kann mit Hilfe der Space-Time Adaptive Processing (STAP) (auf Deutsch etwa: adaptive Raum-Zeit-Verarbeitung oder -Filterung) vollzogen werden. Mit Hilfe des STAP können dann langsamfliegende Objekte aus dem Cluttergemisch und sogar unter Störbedingungen erkannt werden, deren Echosignal sonst in den Störsignalen untergehen würde. Werden mehrere Subaperturen benutzt, die längs der Flugrichtung versetzt sind, so wird das vom Boden zurückgeworfene Wellenfeld durch die einzelnen Subaperturen zeitversetzt abgetastet, die Signale in den einzelnen Kanälen unterscheiden sich im Idealfall nur durch diesen Zeitversatz. Bewegte Ziele mit einer radialen Geschwindigkeitskomponente ändern jedoch innerhalb dieser Zeitspanne ihren Abstand zu Sensor, so dass die Signale einer Phasenverschiebung unterliegen und von den Cluttersignalen unterschieden werden können. Dieses Ziel wird durch die Verarbeitung der Empfangssignale in einer Raum- und einer Zeitebene erreicht. Die Umgebung des Echosignales eines Zieles wird nicht mehr nur zeitlich linear betrachtet, sondern wird auch in einer zweiten Dimension (hier: die räumliche Änderung) verglichen. (In manchen Publikationen wird dieses Verfahren deshalb als zweidimensionaler Prozessor bezeichnet.

Technische Vorraussetzung sind empfangsseitig mehrere Sensoren (Antennengruppen), die längs der Flugrichtung angebracht sind und die mit parallelen Empfangskanälen ausgestattet sind. Idealerweise ist die Eigenbewegung des Flugzeuges auch auf die Impulsfolgeperiode abgestimmt. Ist dieses nicht möglich, kann durch eine Wichtung der Eingangssignale das Ergebnis angenähert werden. Ausgangssignal ist dann entweder eine lineare Kombination oder die Summe der gewichteten Eingangssignale.

Die durch STAP durch Stichproben berechneten angepassten Wichtungen werden in einer die Rausch- und Festzielumgebung präsentierenden inversen Kovarianzmatrix verwendet. Die Genauigkeit der Werte dieser Matrix sind jedoch abhängig davon, dass sich die Struktur der Clutterechos während der Bearbeitung (also über mehrere Impulsperioden) nicht ändert.