Analyse und Optimierung der Kalibrationsmethodik eines L-Band Radarsystems für fluggetragene SAR Anwendungen

Kurzfassung

Bei Satelliten Systemen die mit einem Radar mit Synthetischer Apertur (Synthetic Aperture Radar, SAR) ausgestattet sind, geht der Trend heutzutage immer mehr zu bi- und multistatischen Systemen. Am Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt e.V. (DLR) in Oberpfaffenhofen werden dazu flugzeuggetragene SAR-Systeme genutzt um neue Technologien zu untersuchen und Radardaten hoher Güte für zukünftige Satellitenmissionen bereit zu stellen. Eines dieser Radarsysteme ist das sogenannte DBF-SAR (Digital BeamForming-SAR) das am Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme entwickelt wurde und auf einem DLR eigenen Forschungsflugzeug des Typs Dornier 228 betrieben wird. Im Fachbereich der flugzeuggetragenen Radarsysteme der Abteilung SAR-Technologie wurde hierauf aufbauend ein neues bistatisches L-Band Radar Konzept entwickelt, das im Jahr 2026 in die Flugerprobung geht. Gerade im Bereich der bildgebenden Radarsysteme, sowohl satelliten- als auch flugzeuggestützt, kommt der Kalibrierung eine gewichtige Rolle zu. Erst hierdurch kann der Informationsgehalt der aufzunehmenden Szenerie eineindeutig extrahiert werden. Infolgedessen lassen sich Rückschlüsse auf beispielsweise Biovolumen, Gletscherbewegungen oder auf Höhenunterschiede ziehen (um nur eine kleine Auswahl an Beispielen für Radaranwendungen zu nennen). Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse des bestehenden Systemkalibrierverfahrens, den sich daraus ergebenden Fehlertermen, und der Optimierung der Kalibriermethode. Bei den bisherigen flugzeuggetragenen Radarsystemen des DLR wird eine Systemkalibrierung durch die Methodik der sogenannten Loop- Konfiguration durchgeführt. Für diese Kalibrierung wird die systeminterne Übertragungsfunktion des Sendepulses in den Empfangszweig ermittelt und dort zur Amplituden- und Phasenkorrektur verwendet. Anhand der vorhandenen Schaltungsentwürfe der hochfrequenten Signalpfade werden die Bereiche identifiziert die für die Güte der Kalibrierung verantwortlich sind. Dabei werden jegliche Teilbereiche der Signalpfade anhand ihrer leistungsgebundenen Übertragungsverfahren analysiert und messtechnisch verifiziert. Es wird eine Korrekturfunktion beschrieben, mit der der fehlerhafte Einfluss des Kalibrierpfades minimiert wird. Auf dieser Grundlage wird somit die Methodik der Kalibrierung optimiert und mit einer idealen, simulierten Impulsantwort verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Korrekturfunktion in Kombination mit den Loop Kalibrierdaten für die bestehenden und zukünftigen flugzeuggetragenen Radarsysteme ermittelt und auf die Radarrohdaten angewendet werden sollte.