Vorlesung Erlangen

  Radarsysteme

Vorlesung+Übung: 4 SWS im Wintersemester
Prof. Dr.-Ing. Lorenz-Peter Schmidt
Lehrbeauftragter: Prof. Dr. Wolfgang Keydel
Dipl.-Ing. Frank Gumbmann
Gastdozenten

Dienstags, 14:14 — 15:45 Uhr, Seminarraum 5.14 des LHFT
Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,

Korrespondenz Adresse

Prof. Dr. Wolfgang Keydel
Mittelfeld 4, D-82229 Hechendorf, Germany
Tel.: +49 (0)8152-980 523, Fax: +49 (0)8152-980 525
e-mail: wolfgang@keydel.com

Seit vier Jahren arbeitet der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X erfolgreich im All. Am 16.Juni 2010 ist der Start eines zweiten, dem Terra-SAR-X nahezu baugleichen Satelliten, TANDEM-X für "TerraSAR-X add-on for Digital Elevation Measurement", erfolgt. Beide sollen in gemeinsamem Betrieb innerhalb von drei Jahren ein digitales Höhenmodell der Landmassen der Erde erstellen, das so bisher nicht verfügbar ist. Beide Satelliten bilden dazu ein Radar-Interferometer mit synthetischen Aperturen (SAR), bei dem die Satelliten in Abständen zwischen einigen Kilometern und 200 Metern in einer engen Formation fliegen werden.  Damit wird die komplette Landoberfläche der Erde, 150 Millionen Quadratkilometer, innerhalb von nur drei Jahren zweimal vollständig in einem 12-Meter-Raster und einer Höhengenauigkeit von weniger als zwei Metern vermessen.

An Hand  der in der letzten Dekade erfolgreich  auf Flugzeugen und Satelliten eingesetzten Radarsysteme wie SRTM und TerraSAR-X und ausgerichtet auf das neue TANDEM-System werden die physikalischen und technischen Grundlagen und Notwendigkeiten, die für Entwicklung, Betrieb und Auswertung derartiger Systeme relevant sind, vorgestellt.

 

 Inhalt der Vorlesung

1.   Einführung

Terminologie, Definition und Bedeutung von Begriffen, spektrale Aspekte, Vorlesungsübersicht mit ausgewählten Beispielen, Radar Basiswissen, historische Entwicklung der Radarsignalverarbeitung

 Auflösung, Genauigkeit, Pulskompression,   Radarverfahren: Puls-, Pulsdoppler-, FM-CW-Radar,

Bodengebundene Systeme, Rundumsichtradar

2.   Radar mit realer Apertur auf Flugzeugen, Seitensichtradar (SLAR) 

Systemaspekte (Einführung), Radarkomponenten, , Spezialisierungsformen, Beispiele

3.       Radar mit synthetischer Apertur (SAR)

Prinzip, SAR — Moden, Prozessierung, Bedeutung der Antenne als system­bestimmendes Element, TerraSAR-X, X-SAR

4.    Besonderheiten in Radarbildern

Mehrdeutigkeiten, „Layover", „Foreshortening", Abschattungen, Maßstabsver­zerrungen, Speckle

5.    Radar-lnterferometrie

Prinzipien, Messgenauigkeiten, Fehlerquellen, Anwendungen: Erstellung digitaler Geländemodelle, Messung tektonischer Verschiebungen, Tandem-X, SRTM

6.       Bistatische Systeme

Besonderheiten und Probleme bei Synchronisation, Lage und Abstandsbestimmung, TerraSAR-X

7.    Radar-Polarimetrie

Prinzip, Streumatrizen, Zerlegungstheoreme, Entropie-Alpha Klassifizierung, Beispiel E-SAR, SRTM

8.       Radar-Parameter-Optimierung für spezielle Anwendungen

Parameter Frequenz, Polarisation, Kohärenz, Einfallswinkel, Wiederholzeiten etc.

9.       Entwurfswerkzeuge

Simulation, Leistungsbestimmung, Inverses SAR

10.    Radar-Systemkomponenten

Empfänger-, Sender-, Antennen-, Integrationstechnologien

11.    Radar-Systemdesign

Einflüsse von Nutzerforderungen, Plattformen, Stand der Technik, Kosten, Zuverlässigkeit

12.    Case-Study

Exemplarisches Designbeispiel, gekoppelt mit Übung

13.    Spezifische Radarentwicklungen (tw. externe Referenten)

z.B.: GPR (Ground Penetrating Radar) mit ultrabreitbandigen Pulsen, aktives phasengesteuertes Flugzeug-Bordradar, Großradar-Anlage für „Debris-Detection and Tracking"


Manuskripte und Präsentationen als Downloads 

1.Einführung (Präsentation)

     1.1 Elektromagnetische Wellen (Manuskript)
1.2 Eigenschaften der Radarinformation (Manuskript 630K) 
13 Grundsätzliche Betrachtungen zu Parametern, Möglichkeiten und Grenzen von Radarsystemen (Manuskript 1,3MB)
1.4 Auflösung, Genauigkeit, Pulskompression 
1.5 Reflexion, Streung und Eindrintiefe 
1.6 Interferenzphänomene

2. Radar mit realer Apertur am Boden und auf Flugzeugen
2.1Grundsätzliche Betrachtungen zu Parametern, Möglichkeiten und Grenzen von Radarsystemen (1,3MB)
2.2 Antennen und Auflösungsvermögen (200K)
2.3 Rundumsichtradar Präsentation
2.4 Rundumsichtradar, Manuskript
2.5 Seitensichtradar (SLAR) 

3. Radar mit synthetischer Apertur-SAR  
3.1 SAR-Grundlagen (Präsentation)
3.2 SAR-Prozessierung (Präsentation)
3.3 SAR-Bildbesonderheiten (Präsentation)
3.4  Basic Principles of SAR (Manuskript 2,4MB)
3.5 SAR Pecularities, Ambiguities, and  Constraints (Manuskript 1,7MB)      

            SAR_Besonderheiten

4. Spezielle SAR-Moden und Besonderheiten

5. Radar-Interferometrie
5.1 Normal & Differential SAR Interferometry (Manuskript 2,7MB)
5.2 Normal SAR Interferometry (Präsentation 6 MB
5.3 Differential SAR Interferometrie (Präsentation 4 MB)

6. Bi- und multistatische Systeme (Präsentation)

7. Radar Polarimetrie
7.1 Polarimetrie-Grundlagen
7.2 Polarimetrie-Beispiele

8.  Radar Altimetry (Präsentation 4,6MB)

9. Radar-Anwendungen (Präsentation) 

10. Radar Design und Parameter-Optimierung
10.1Entwurf- und Designwerkzeuge
10.2 Exemplarisches Design von SAR - Sensoren

11. Kalibrierung von Radar-Systemen

12. TerraSAR und Tandem-X

 

 

 

 

 

 

 

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