Die Erfindung betrifft ein abbildendes Radarsystem an Bord einer bewegten Plattform.

Die Aufgabe des Radarsystem ist das Abbilden eines in Bewegungsrichtung liegenden Geländes und der darauf befindlichen Objekte. Die bewegte Plattform, an der das Radarsystem angebracht ist, kann beispielsweise ein Flugzeug, ein unbemannter Flugkörper, ein Satellit oder ein Landfahrzeug sein. Das Radarsystem besteht aus einer Einrichtung zum Erzeugen des Sendesignals, einem Sendeantennensystem, einem Empfangsantennensystem und einer Signatverarbeitungseinrichtung zum Auswerten der rückgestreuten Signale. Die maximale Größe der Apertur des Sendeantennensystems und des Empfangsantennensystems ist durch den in der bewegten Plattform zur Verfügung stehenden Raum fest vorgegeben. Die resultierende Antennencharakteristik, mit der das abzubildende Gelände beleuchtet wird, kommt durch das Überlagern der

Antennencharakteristiken des Sendeantennensystems und des Empfangs- antennensystems zustande.

Für ein solches abbildendes Radarsystem ergibt sich mit der Halbwertsbreite 23dg der resultierende Antennencharakteristik die theoretische azimutale Auflösung ARAR auf der Grundlage der Antennencharakteristik zu : ARAR = 3dB() Diese Auflösung ARAR wird auch als Real-Apertur-Radar-Auflösung bezeichnet (J. C. Curlander, R. N. McDonough : Synthetic aperture radar. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1991). Die Real-Apertur-Radar-Auflösung AçRARmax ist für alle azimutalen Richtungen gleich. Die maximale Real-Apertur-Radar-Auflösung AçRAR ist durch den maximal zur Verfügungen stehenden Raum begrenzt und ergibt sich mit der maximalen, auf die Sendewellenlänge normierten horizontalen Aperturbreite 2$tmax und somit der minimalen erreichbaren Halbwertsbreite 2a3dBmin Da die Real-Apertur-Radar-Auflösung AARmax begrenzt ist, wird bei vorwärtsschauenden Radarsystemen ebenfalls auf der Grundlage der Dopplerfrequenzen in azimutaler Richtung aufgelöst. Mit der Sendefrequenz fc, der Plattformgeschwindigkeit v, der Lichtgeschwindigkeit co, der Halbwertsbreite 2a3dB und der Winkelgeschwindigkeit oder resultierenden Antennencharakteristik ergibt sich die theoretisch mögliche azimutale Auflösung auf der Grundlage der Dopplerfrequenzen in der azimutalen Blickrichtung ç zu (Wehner, R. D. : High-resolution radar. Artech House, Norwood, 1995) : Diese Auflösung A (PDBS wird auch als Doppler-Beam-Sharpening-Auflösung bezeichnet.

In Figur 1 sind die Auflösungen A nach (1) und AçDBS nach für die exemplarischen Werte fc = 10 GHz, v= 100 m/s, = 40°/s und 2a3dB = 1° bzw. 3° als Funktion der azimutalen Blickrichtung ç dargestellt. Es zeigt sich, daß sich mit kleiner werdender Halbwertsbreite 2a3dB die Real-Apertur-Radar-Auflosung DRAR

verbessert, während sich aber gleichzeitig die Doppler-Beam-Sharpening-Auflösung AçDBS verschlechtert. Aus Figur 1 ist auch zu entnehmen, daß für große ç die Doppler-Beam-Sharpening-Auflösung A (PDBS höher als die Real-Apertur-Radar- Auflösung AçRAR. Der Winkelbereich in dem die Doppler-Beam-Sharpening-Auflösung AçDBS schlechter ist als die Real-Apertur-Radar-Auflösung AçRAR wird als'blinder Sektor'bezeichnet.

Wenn das SAR geradeaus, direkt in Flugrichtung blickt, können Objekte die innerhalb der Halbwertsbreite 2a3dB der Antenne liegen nicht mehr eindeutig lokalisiert werden, da sowohl rechts als auch links der Flugrichtung liegende Objekte die identische Dopplerfrequenzverschiebungen aufweisen. Dies führt zu einer'azimutalen Zweideutigkeit' (J. C. Curlander, R. N. McDonough : Synthetic aperture radar. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1991).

Herkömmliche Radarsysteme müssen somit einen Kompromiß zwischen einer guten Real-Apertur-Auflösung zur Minimierung der'azimutalen Zweideutigkeit'und einem kleinen'blinden Sektor'eingehen. Dabei muß darauf geachtet werden, daß sich der Winkelbereich der'azimutalen Zweideutigkeit'nicht mit dem Winkelbereich, innerhalb dessen auf der Grundiage der Dopplerfrequenzen aufgelöst werden soll, überschneidet.

In der Praxis bedeutet dies, daß das Radarsystem so konzipiert werden muß, daß der Winkelbereich der'azimutale Zweideutigkeit'nicht größer als der'blinde Sektor'wird.

Weiter müssen herkömmliche Radarsysteme eine Logik haben, die der Signalauswertung meldet, ab welcher Winkelrichtung mit der Real-Apertur-Auflösung besser als mit dem Doppler-Beam-Sharpening in azimutaler Richtung aufgelöst werden kann, und umgekehrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu finden, welche sowohl den'blinden Sektor'als auch den Bereich der'azimutalen Zweideutigkeit'verkleinert. Des weiteren soll die Erfindung die Notwendigkeit einer Logik, die der Signalauswertung meldet, ab welcher azimutaler Blickrichtung p mit der Real-Apertur-Auflösung besser als mit dem Doppler- Beam-Sharpening in azimutaler Richtung aufgelöst wird, umgehen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den in den Ansprüchen 1 und 3 beschriebenen Merkmalen gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung der Winkelauflösung in einem Radarsystem, welches zur Erhöhung der Winkelauflösung die Dopplerfrequenzverschiebung des Sendesignals auswertet, werden während der Bewegung des Radarsystems mittels einer schmalbündelnden Antennencharakteristik sequentiell mehrere benachbarte, schmale Bereiche erfaßt. Die Erfassung geht dabei so schnell vor sich, daß dies einer Ausleuchtung der Gesamtfläche aller Bereiche mittels einer Antenne mit breitbündelnder Antennencharakteristik gleichkommt. Dabei entspricht die Antennencharakteristik dieser simulierten, breitbündelnden Ausleuchtung einer Überlagerung der einzelnen, schmal gegrenzte Bereiche erfassenden Antennencharakteristiken. Das Verfahren wertet sowohl die von der schmalbündelnden Erfassung resultierenden Signale, als auch das mittels der Überlagerung der einzelnen sequentiellen, schmalbündelnden Erfassungen resultierende, simulierte breitbündelnde Antennensignal aus. In vorteilhafter Weise wird auf Grundiage des aktuellen Blickwinkels das Radarsystems entscheiden, ob die von der schmalbündelnden Erfassung resultierenden Signale einzeln ausgewertet werden, oder ob auf das simulierte, breitbandige Antennensignal zurückgegriffen wird. Der groe, nahezu gleichzeitige ausgeleuchtete Winkelbereich führt zu einer für die Berechnung der Dopplerfrequenzverschiebung ausreichenden Beleuchtungszeit. Gleichzeitig kann aufgrund der Auswertung der schmalbündelnden Antennencharakteristiken auch eine gute Real-Apertur-Auflösung erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zu Durchführung des Verfahrens zur Erhöhung der Winkelauflösung bei einem Radarsystem verwendet zur Erfassung der benachbarten eng begrenzten Bereiche eine oder mehrere Antennen mit schmalbündelnder Antennencharakteristik. In vorteilhafter Weise, besteht die Vorrichtung aus mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Antennen mit schmalbündelnder Antennencharakteristik, zwischen denen sequentiell umgeschaltet wird. Dabei kann die Umschaltung mechanisch, elektrisch oder elektronisch erfolgen. In einer anderen denkbaren Ausführungsform wird nur eine einzelne Antenne verwendet, welche auf einen schwenkbaren Reflektor ausgerichtet ist, dessen stufenweises Drehen es erlaubt, sequentiell benachbarte Bereiche auszuleuchten. Generell ist es möglich, das Sende- und das Empfangsantennensystem identisch auszuführen oder das gleiche System für den Sende-und Empfangsfall zu verwenden. Andererseits ist es auch denkbar, das Sende-und das Empfangsantennensystem in unterschiedlicher Weise, z. B. : mit einer breitbündelnden Empfangsantenne und mehreren schmalbündelnden Sendeantenne, auszuführen.

In Figur 2 sind exemplarisch drei schmalbündelnde resultierende Antennen- charakteristiken 1-3 dargestellt, die jeweils eine Halbwertsbreite 2a3dB gleich 1° haben und deren Summencharakteristik eine Halbwertsbreite 2zz3dg gleich 3° hat. In Figur 3 ist die aus den Gleichungen (1) und (4) resultierende Auflösung Aeu 12 unter Zuhilfenahme der für die exemplarischen Werte fc = 10 GHz, v = 100 m/s,-40°/s und 2a3dg = 1° Funktion der azimutalen Blickrichtung ç dargestellt. Dabei entspricht die I<urve 12 für AOneu einer Zusammensetzung aus Teilbereichen der Kurve 10 (Auflösung mit der gespreizten Antennencharakteristik auf Grundlage der Dopplerfrequenzen) und der I<urve 11 (Auflösung mit der gespreizten Antennencharakteristik auf der Grundlage der Feinstruktur der Antennencharakteristik).

Verwendet das Radarsystem ein an die resultierende Antennencharakteristik und die auszuwertenden Dopplerfrequenzen angepaßtes Filter oder ein anderes lineares Schätzverfahren (z. B. : das lineare, erwartungstreue Optimal-Schätzverfahren oder das Wiener-Schätzverfahren) so entfällt die Notwendigkeit einer Logik, die der Signalauswertung meldet, ab welcher azimutaler Blickrichtung p mit der Real-Apertur- Auflösung besser als mit dem Doppler-Beam-Sharpening in azimutaler Richtung aufgelöst wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antennenanordnung ergeben sich durch parallele Anordnung von schmalbündelnden Antennen, welche von der Sendeelektronik sequentiell angesteuert werden. Werden hierzu drei schmalbündelnde Antennen eingesetzt so ergibt sich aus den drei einzelnen Antennendiagrammen 1-3 das aus Figur 2 ersichtliche aus der Überlagerung der Einzeldiagramme entstehende Antennendiagramm. Ein vergleichbares Antennendiagramm kann jedoch auch bei der Verwendung nur eines einzelnen schmalbündelnde Antennenelementes erzielt werden, indem dessen Strahlungsdiagramm über einen schwenkbaren Spiegel umgelenkt wird.