Dissertationen - DGK

12 2. Radar mit synthetischer Apertur
x
Flugrichtung
L a
h
Azimut
Nadir
Entfernung
Footprint
Abbildung2.1. SAR-Aufnahmegeometrie
strahlt sondern durch eine spezielle Abstrahlcharakteristik auf einen begrenzten Bereich gebündelt. Der
bestrahlte Bereich am Boden wird Footprint genannt. Die Bündelung bewirkt eine Verstärkung der
Energie, die als Antennengewinn bezeichnet wird. Am Boden wird das Signal reflektiert und ein Teil
der Strahlung wird von der Antenne wieder aufgenommen. Bei den meisten Systemen sind Sende- und
Empfangseinheit identisch, wobei die Antenne ständig zwischen Sende- und Empfangsmodus umschaltet.
Die von der Geländeoberfläche zurückgestreuten Echos (Amplituden und Phasen der gestreuten
Wellen) werden in einen I-Wert (In-phase Component) und einen Q-Wert (Quadrature Component)
zerlegt und entsprechend der Position und Laufzeit in der zugehörigen Zeile und Spalte der Rohdatenmatrix
als komplexe Zahl I + iQ gespeichert. Aus den aufgenommenen, komplexen Signalen wird eine
zweidimensionale Abbildung der Oberfläche generiert. Die orthogonalen Bildkoordinatenachsen sind
die in Flugrichtung verlaufende Azimut-Achse und die senkrecht zur Flugrichtung in Blickrichtung
verlaufende Entfernungs-Achse.
Bei RAR-Systemen wird jeder Bodenpunkt nur einmal beleuchtet. Die Aussendung der Impulse ist
so geschaltet, dass durch die Flugbewegung jeder Impuls eine neue Geländezeile quer zur Flugrichtung
aufnimmt. Das Bild der Szene entsteht im Wesentlichen durch eine Aneinanderreihung der aufgenommenen
Bildzeilen. Beim SAR hingegen werden die Radarsignale mit einer wesentlich höheren
Impulswiederholfrequenz (PRF: Pulse Repitition Frequency) ausgestrahlt als beim RAR. Dies führt zu
einer deutlichen Steigerung der Auflösung in Flugrichtung. Die Redundanz erfordert aber auch spezielle
Techniken bei dem Prozess der Bildgenerierung (Bamler und Schättler, 1993; Moreira, 2001).
Im Folgenden werden das Konzept und die räumliche Auflösung von RAR und SAR näher erläutert.
2.1.2 Auflösung in Entfernung
Das Auflösen zweier Objektpunkte in Entfernungsrichtung ist beim Radar mit realer Apertur
dann möglich, wenn beide Signale u1 und u2 räumlich voneinander trennbar sind. Dazu müssen sich
ihre Laufzeiten (t1 und t2) mindestens um die Länge der Impulsdauer τ voneinander unterscheiden:
|t2 − t1| ≥ τ. Im Grenzfall ergibt sich für die Auflösung in Schrägentfernung δRAR sr (Slant Range) nach
Abbildung 2.2(a)
δ RAR
sr = cτ
, (2.1)
2
mit c für die Lichtgeschwindigkeit. Der Faktor zwei folgt aus dem zweifachen Zurücklegen der Strecke
im Hin- und Rückweg. Projiziert man die Entfernungsauflösung mit dem Einfallswinkel θ auf den
y