Moderne bildgebende luft- und raumgetragene Radarsensoren nutzen das Prinzip „Radar mit synthetischer Apertur" (SAR) zur Abbildung statischer Szenen. Darüber hinaus rückt derzeit die Abbildung bewegter Objekte - z. B. Fahrzeuge - mit dem inversen SAR-Verfahren (ISAR) zunehmend in den Fokus der Anforderungen von Radarsystemen zur Erdbeobachtung und militärischen Aufklärung. Erscheint die Fahrzeugbewegung einerseits zunächst als Störung der relativen Bewegung zwischen dem JRadarsensor und dem Fahrzeug, kann sie bei einer geeigneten Konstellation die Abbildungsleistung verbessern. Im Rahmen eines Systementwurfs kann so ein ISAR-Betriebsmodus angestrebt werden, der die Fahrzeugbewegung gewinnbringend nutzt. Auf dieser Grundlage kann die Dauer einer ISAR-Aufnahme im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verkürzt werden, wenn der Kurs eines abzubildenden Fahrzeugs, während seiner Aufnahme z.B. bei dem Durchfahren einer Kurve, eine stetige Richtungsänderung erfährt. Dies ist insbesondere für ein multifunktionales Überwachungsradar wichtig, das vor und nach der ISAR- Datenakquisition Aufgaben in anderen Modi zu erledigen hat. Im Rahmen der Auswertung von ISAR-Daten tritt das Problem auf, dass die hierfür notwendigen Kenntnisse der Fahrzeugbewegung für die Bilderzeugung im Allge- meinen nicht oder nur mit unzureichender Genauigkeit verfügbar sind. Neben den Entfernungsänderungen zwischen dem Sensor und dem Fahrzeug, die leicht geschätzt und kompensiert werden können, spielt der Aspektwinkelverlauf, unter dem das Radar das Fahrzeug während der Aufnahme beleuchtet und unter dem die Fahrzeugechos empfangen werden, eine entscheidende Rolle. Ändert sich der Aspektwinkel mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, so bestimmt diese die Skalierung der Fahrzeugabbildung quer zur Radarblickrichtung. Eine falsche Annahme führt in diesem Fall zu einem verzerrten Bild. Ist darüber hinaus die Winkelgeschwindigkeit nicht konstant, so führt dies zu einer unscharfen Abbildung des Fahrzeuges, die in der Regel unbrauchbar ist. Eine wesentliche Aufgabe vor der Bilderzeugung stellt daher die Bestimmung des Aspektwinkelverlaufs dar, für die bislang im Stand der Technik keine zufriedenstellende Lösung existiert.

So ist aus dem allgemeinen Kenntnisstand des Fachmanns bereits bekannt, bei einem Multifunktionsradar die Aufgabe der Bestimmung des Aspektwinkelverlaufs in die Verantwortung anderer Betriebsmodi zu geben. Im Rahmen des Systementwurfs wird dabei gefordert, dass vor der Durchführung einer Aufnahme bewegte Fahrzeuge detektiert (MTI) und ihre Spuren verfolgt werden. Aus der Spur eines Fahrzeugs werden dann Informationen über den Aspektwinkelverlauf während der ISAR-Aufnahme abgeleitet.

Diese zeitliche Trennung der Gewinnung von Informationen über die Fahrzeugbewegung und die Akquisition der ISAR-Radarechos führt allerdings zwangsläufig zu einem Problem, wenn sich das Fahrzeug anders als erwartet verhält. Der prädizier- te Aspektwinkelverlauf ist dann falsch und unbrauchbar. Zwar könnte dieses Problem durch den Betrieb von MTI, Spurverfolgung und ISAR-Akquisition im Multiplex behoben werden, doch stellt dies eine besondere Herausforderung dar, die selbst anspruchvollste Radarsysteme nur in Ausnahmefällen erfüllen können.

Nach P. Berens und J. H. G. Ender, „Motion Estimation for ISAR Imaging of Ground Moving Targets", EUSAR 2006, Dresden, Mai 2006 wird vorgeschlagen, im Rahmen der ISAR-Verarbeitung die Echos zunächst in Entfernungsrichtung zu komprimieren, wobei auch die translatorische Bewegung (Entfernungsänderung zwischen Sensor und Fahrzeug) kompensiert wird. Anschließend wird die gesamte Dauer der Aufnahme in kurze Intervalle aufgeteilt. Entsprechend dieser Zeitintervalle werden die Daten in sogenannte Azimutsegmente zerlegt. Anschließend werden die Daten dieser Segmente in Azimutrichtung in den Doppler-Frequenzbereich transformiert, so dass eine Folge von Entfernungs-Doppler-Segmenten entsteht. Die Reflektivität des Fahrzeugs erscheint darin grob fokussiert. Aus dem Verlauf der Lage der Reflektivitätsverteilung über alle Segmente hinweg kann anschließend der Aspektwinkelverlauf ermittelt werden.

Als nachteilig wirkt hier aber, dass sich die Reflektivitätsverteilung in den Entfer- nungs-Doppler-Segmenten selbst stark mit dem Aspektwinkel ändert, was zu Fehlern bei der Schätzung des Aspektwinkelverlaufs führt. Darüber hinaus erfordert das Verfahren selbst bereits eine Anfangsannahme über die Geschwindigkeit, mit der sich der Aspektwinkel ändert.

Aus dem deutschen Patent: DE 10 2006 009 121 A1 ist bekannt, für Fahrzeuge, die mit konstanter Geschwindigkeit fahren, statt der Bestimmung des Aspektwinkelverlaufs, nur die Schätzung zweier Parameter vorzunehmen und mit diesen die Bilderzeugung zu ermöglichen. Obwohl die Bestimmung der beiden erforderlichen Fokussierungsparameter bei diesem eingeführten Verfahren auf sehr einfache Weise erfolgen kann, ist es doch leider für die Bestimmung von Aspektwinkelverläu- fen mit nicht konstanter Winkelgeschwindigkeit, wie es in der Realität häufig auftritt, nicht nutzbar.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, aus akquirierten ISAR-Daten eines sich entlang einer Straße bewegenden Fahrzeugs und Informationen über den Straßen- verlauf den wahren Aspektwinkelverlauf, unter dem das Radar ein Fahrzeug während der Aufnahme beleuchtet und unter dem die Fahrzeugechos reflektiert und vom Radar empfangen werden, mit einem am Stand der Technik gemessenen, allgemeiner nutzbaren Verfahren, für eine ISAR-Prozessierung zu ermitteln.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 und eine Einrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 2 gelöst.

Nach der erfindungsgemäßen Lösung werden aus den akquirierten ISAR-Daten der Aspektwinkelverlauf, unter dem das Radar ein Fahrzeug während der Aufnahme - A -

beleuchtet und unter dem das Fahrzeug die Echos reflektiert, die sodann vom Radarsensor empfangen werden, ermittelt.

Unter der Prämisse, dass die Radardaten allein für eine robuste Bestimmung des Aspektwinkelverlaufs nicht ausreichen, wird unter der Annahme, dass das abzubil- dende Fahrzeug auf einer Straße fährt, der Straßenverlauf als Zusatzwissen genutzt. Mit Hilfe der Entfernung zwischen dem Radarsensor und dem Fahrzeug sowie der Entfernungsänderung, die beide aus den Radardaten ermittelt sind, werden durch die Verknüpfung mit verfügbaren Straßeninformationen die Position und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu jedem Zeitpunkt der Aufnahme be- stimmt. Als Fahrzeugposition findet man dabei einen Ort der Straße, dessen

Entfernung vom Sensor mit der gemessenen Entfernung des Fahrzeugs übereinstimmt. Auf der Position aufbauend wird dann die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, indem die Geschwindigkeit in Radarblickrichtung auf die Straßenrichtung an der ermittelten Fahrzeugposition projiziert wird. Der Aspektwinkel wird anschließend aus den Positionen des Sensors und des Fahrzeugs sowie der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, die der Richtung der Fahrzeuglängsachse entspricht, bestimmt.

Die erforderlichen Straßeninformationen können aus digitalen Karten oder Bildern (z. B. optische Luftbilder, SAR-Bilder) gewonnen werden.

Als Vorteil im Vergleich mit vorbekannten Lösungsansätzen wird der Aspektwinkelverlauf nunmehr aus den akquirierten ISAR-Daten selbst ermittelt. Eine sonst unvermeidliche zeitliche Trennung der Aspektwinkelbestimmung und der ISAR Datenakquisition entfällt damit und der ermittelte Aspektwinkelverlauf spiegelt die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse während der Aufnahme wider. Vorteilig stützt sich die Aspektwinkelbestimmung nicht mehr auf die Lage der Reflektivitäts- verteilung in den Range-Doppler-Segmenten, sondern wertet im Rahmen der Bewegungskompensation, die vor der eigentlichen Aspektwinkelschätzung erfolgt, nur noch die Position des radiometrischen Schwerpunkts in Entfernung und Doppler aus. Die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Lösung ist nicht auf Fahrzeuge mit konstanter Geschwindigkeit eingeschränkt.

Für Fahrzeuge, die auf bekannten Straßen oder Wegen fahren, kann so der Aspektwinkelverlauf, unter dem das Radar das Fahrzeug beleuchtet, ermittelt werden. Seine Berücksichtigung führt im Rahmen der ISAR-Bilderzeugung zu einer scharfen, unverzerrten Abbildung des Fahrzeugs. Darüber hinaus kann die Straßeninformation genutzt werden, gezielt ISAR-Aufnahmen in Bereichen durchzuführen, in denen Fahrzeuge mit für ISAR geeigneten Bewegungen zu erwarten sind.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Abbildung 1 : Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens Abbildung 2: Blockschaltbild eines ISAR-Systems mit Einrichtung zum Ermitteln des Aspektwinkelveraufs

Mit Bezug auf die Abbildungen 1 und 2.

Das neue Verfahren, dargestellt in Abbildung 1 , ermittelt den Aspektwinkelverlauf, unter dem das Radar das Fahrzeug während der Aufnahme beleuchtet und unter dem die Fahrzeugechos zum Radar zurück reflektiert werden. Dazu wird der Entfernungsverlauf zwischen dem Radarsensor und dem Fahrzeug, der aus den aufgenommenen ISAR-Daten selbst ermittelt wird, mit dem Straßen- verlauf verknüpft.

In einem ersten Schritt des Verfahrens werden Straßeninformationen für einen geplanten Einsatzbereich des zu verwendenden ISAR aus verifizierten Datensammlungen, digitalen Karten und/oder Luftbildern ermittelt. Weil die zum Verfahrensvollzug notwendige Einrichtung vorzugsweise mittels eines Programms zu steuern ist, sind diese geodätischen Daten in ein für das Verfahren geeignetes Format umzu- wandeln. Dazu werden Punkte des Straßenverlaufs in einem lokalen 3- dimensionalen kartesischen Koordinatensystem festgestellt und als Straßeninformation in einem Datenspeicher zur Verfügung für die folgenden Verfahrensschritte eingeschrieben. Liegen die geodätischen Daten in ausreichender Dichte vor, können fehlende Zwischenpunkte durch Interpolation bestimmt werden.

Von einem ISAR wird ein Straßenverlauf beleuchtet, die dabei aufgenommenen ISAR-Rohdaten werden unmittelbar kalibriert und in Entfernungsrichtung komprimiert. Anschließend wird auf den komprimierten Echos im Rahmen der Bewe- gungskompensation der Entfernungsverlauf zwischen Sensor und Szenenmittelpunkt, der durch die Sensorbewegung verursacht wird, kompensiert. Liegen zusätzlich Vorinformationen über die Bewegung des Fahrzeugs vor, z. B. von im Voraus durchgeführter Bewegtzieldetektion und Spurverfolgung, so sollen auch diese im Rahmen der Bewegungskompensation berücksichtigt werden. Kompensierte Entfernungen werden für die spätere Verwendung abgespeichert. Im Rahmen des Range-Doppler-Tracking sind zunächst kurze Azimut- Datensegmente in den Doppler-Frequenzbereich zu transformieren, wodurch eine Sequenz von Restentfernungs-Doppler-Bildern entsteht. In den Restentfernungs- Doppler-Bildem kann dann das bewegte Fahrzeug lokalisiert werden, was insbe- sondere gut gelingt, wenn seine Geschwindigkeit derart ist, dass es in einem

Dopplerbereich erscheint, der von den Echos der Szene (Clutter) nicht belegt ist - dieser Fall entspräche einem Exo-Clutter-Ziel. Befindet sich dagegen das Fahrzeug während dieses Verarbeitungsschrittes im Clutter (Endo-Clutter-Ziel), muss der Clutter unterdrückt werden. Das Fahrzeug wird folgend in der Restentfernungs- Doppler-Sequenz weiter verfolgt. Dabei werden mit Hilfe des radiometrischen Schwerpunkts für jedes Restentfernungs-Doppler-Segment ein Restentfernungsund ein Dopplerwert ermittelt.

Aus dem ermittelten Verlauf der Fahrzeugposition im Doppler, wird nachfolgend ein Restgeschwindigkeitsverlauf bestimmt, der dann die Grundlage darstellt, Mehrdeu- tigkeiten der Dopplerwerte aufzulösen. Anschließend wird aus dem Verlauf der eindeutigen Dopplerwerte ebenfalls ein Restgeschwindigkeitsverlauf ermittelt. Dieser Restgeschwindigkeitsverlauf und die Restentfernung in Blickrichtung werden für nachfolgende Verarbeitungsschritte verfügbar gehalten. Die Verläufe der Restentfernung und der Restgeschwindigkeit stellen Werte nach dem vorangegangenen Verfahrensschritt der Kompensation der Sensorbewegung dar. Im Rahmen der Repositionierung und der Geschwindigkeitsbestimmung werden zunächst die ursprünglichen Verläufe der Entfernung und der Geschwindigkeit zwischen dem Sensor und dem Fahrzeug in Blickrichtung durch die Korrektur der Restverläufe entsprechend der kompensierten Entfernungen ermittelt. An- schließend wird aus dem Verlauf der Flugzeugposition, dem ermittelten Entfernungsverlauf sowie der Straßeninformation die Positionen auf der Straße ermittelt, an denen sich das Fahrzeug zu den entsprechenden Zeiten befand. Schließlich wird an den resultierenden Fahrzeugpositionen der ermittelte Geschwindigkeitsverlauf in Blickrichtung in Richtung der Straße projiziert, woraus sich die zugehörigen Geschwindigkeitsvektoren für das Fahrzeug ergeben. Die Blickrichtung wird dabei aus der Plattformposition und der bestimmten Fahrzeugposition ermittelt. Nach dieser Verfahrensweise ergeben sich Verläufe für die Fahrzeugposition und die vektorielle Fahrzeuggeschwindigkeit. Die so erhaltenen Positionen und Geschwindigkeiten sind durch einen geeigneten Algorithmus (z. B. ein Kaiman-Filter) mit dem Bewegungsmodell für das Fahrzeug zu fusionieren. Hierbei dienen die Positionen und Geschwindigkeiten als Messwerte für die Korrektur der mit Hilfe des Bewegungsmodells propagierten Werte. Die Beiträge von Modell und Messwerten gehen ihrer Genauigkeit entsprechend gewichtet in das Ergebnis ein. Dadurch werden letztendlich Position, Geschwindig- keit und Beschleunigung des Fahrzeugs mit anderweitig nicht zu erreichender Genauigkeit zu den gewünschten Zeitpunkten bestimmt.

Die Aspektwinkelberechnung erfolgt nun aus dem Verlauf der Fahrtrichtung (Richtung des Geschwindigkeitsvektors) sowie den Positionen des Radarsensors und des Fahrzeugs. Der resultierende Aspektwinkelverlauf steht anschließend für eine ISAR-Prozessierung zur Verfügung. Unter Nutzung des erfundenen Verfahrens lässt sich gemäß Abbildung 2 ein luftfahrzeug- oder satellitengetragenes ISAR-System aufbauen, mit dem Fahrzeuge, die sich auf bekannten Verkehrswegen bewegen, mit hoher Auflösung abgebildet werden können. Ein derartiges System erfordert ein Radar-Frontend 1 , eine Einheit zur Erfassung der Sensorbewegung (INS/DGPS) 7, eine Verkehrswegedatenbank, die Straßeninformationen zur Verfügung stellt 8, sowie einen ISAR-Prozessor 9. Im Radar-Frontend 1 werden in einer Pulserzeugungseinheit 2 hochfrequente Sendepulse mit großer Bandbreite erzeugt, die über einen Zirkulator 3 einer gerichteten Antenne 4 zugeführt werden. Die Antenne 4 beleuchtet mit den erzeugten Pulsen eine Szene am Boden, in der sich ein Fahrzeug entlang einer Straße bewegt und empfängt die reflektierten Echos 5 der Szene. Der Zirkulator 3 leitet die empfangenen Signale an eine Datenakquisitionseinheit 6, die neben der Signalverstärkung und Frequenzverschiebung insbesondere für die Digitalisierung und Speicherung der Daten sorgt.

Der ISAR-Prozessor 9 verarbeitet die aufgezeichneten Echos derart, dass zunächst eine Einheit zur Vorverarbeitung 10 grundlegende Schritte realisiert. Hier werden die Daten kalibriert und einer Kompression in Entfernungsrichtung unterzogen. Darüber hinaus erfolgt eine Bewegungskompensation bezüglich des Szenenmittel- punkts unter Berücksichtigung der Sensorspur, die mit der INS/DGPS-Einheit 7 vermessen wurde. Sind Vorinformationen über die Bewegung des Fahrzeuges bekannt, so werden diese im Rahmen der Bewegungskompensation berücksichtigt. Um Restentfernungen und -geschwindigkeiten zu bestimmen wird darüber hinaus eine Verfolgung des Fahrzeugs im Entfernungs-Doppler-Bereich durchgeführt. Die Einheit zur Aspektwinkelbestimmung 11 vereint die zuvor ermittelten Verläufe der Restentfernung und der -geschwindigkeit aus der Vorverarbeitung 10 mit den von der INS/DGPS-Einheit 7 gemessenen Plattformpositionen sowie den Straßeninformationen aus der Verkehrswegedatenbank 8. Die Bestimmung des Aspektwinkels erfolgt hier entsprechend des zuvor beschriebenen Verfahrens. Die komprimierten und bewegungskompensierten Echos der Vorverarbeitung 10 werden anschließend in der Bilderzeugungseinheit 12 unter Berücksichtigung des ermittelten Aspektwinkelverlaufs zu einer ISAR-Abbildung 13 weiterverarbeitet.

Bezugszeichenliste:

1 Frontend des I SAR-Systems

2 Einheit zur Erzeugung von HF-Sendepulsen

3 Zirkulator

4 Antenne für Senden und Empfang

5 Sende- und Empfangssignale

6 Einheit zur Aufnahme der empfangenen Signale

7 Einheit zur Bestimmung der Plattformposition und -läge auf Basis von INS und DGPS

8 Datenbank mit Informationen über Straßenverläufe

9 I SAR-Prozessor zur Berechnung von Radarbildern bewegter Fahrzeuge

10 Einheit zur Vorverarbeitung

11 Einheit zur Bestimmung des Aspektwinkels

12 Einheit zur Berechnung des ISAR-Bildes

13 Resultierende ISAR-Abbildung des Fahrzeugs