Entwicklung und Aufbau eines experimentellen Radarsystems für ein Leichtflugzeug

Abstract

Für die kontinuierliche Abbildung von Gebieten, beispielsweise zur Beobachtung von Krisengebieten, werden solarbetriebene, hochfliegende autonome Flugzeuge in Verbindung mit einer Synthetischen-Apertur-Radar-Technologie (SAR) verwendet. Autonome Flugzeuge ermöglichen lange stationäre Messzeiten für die SAR-Bild-Generierung, um zum Beispiel tomographische Abbildungen zu erstellen. Hierfür ist es allerdings notwendig zu verstehen, wie sich die Dauer der Messzeit auf die Phasenstabilität des entwickelten SAR-Systems und somit auf die SAR-Bildqualität auswirkt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines experimentellen SAR-Systems mit Auslegung der Sende- und Empfangseinheit sowie die Programmie-rung der zentralen Steuereinheit für die Generierung der Trigger-Signale. Anschließend folgt eine Untersuchung der Phasenstabilität des Systems, welche für ein kohärent arbeitendes Radarsystem mit einer äußerst langen Aufnahme-dauer von entscheidender Rolle ist. Insbesondere ist diese Betrachtung für die Ermittlung der Anforderungen an einen geeigneten Lokaloszillator notwendig. Um die Fragestellung nach der Phasenstabilität des SAR-Systems und der Anforderungen an den Lokaloszillator zu beantworten, wird das SAR-System in einem Modell abgebildet und eine Analysesoftware zur Simulation entwickelt. Die theoretischen Überlegungen bilden die Grundlage für die Auslegung und Entwicklung des SAR-Systems, welches als Experimentalsystem für den Einbau in eine fliegende Plattform entworfen und aufgebaut wurde. Hierfür muss, neben einer FPGA-basierten Steuerungseinheit, die gesamte HF-Sende- und Empfangskette aufgebaut und die Ansteuerung der Digitalkomponenten entwickelt werden. Eine Langzeitmessung mit dem entwickelten SAR-System wird zur Validierung des Simulationsergebnisses durchgeführt. Anhand des Vergleiches der Simulation und der Messung wird gezeigt, dass das Modell, welches in der Analysesoftware umgesetzt wird, das reale System abbildet und das SAR-System eine ausreichend gute Phasenstabilität besitzt. Des Weiteren zeigt eine Freiraummessung, dass das entwickelte SAR-System funktionstüchtig und einsatzbereit ist.