Untersuchung der Synchronisation eines Radarsystems mit getrennter Sender- und Empfängereinheit

Abstract

Im Rahmen des Praktikums wurden verschiedene Methoden zur Synchronisation von Sender und Empfänger eines Radarsystems experimentell untersucht und bewertet, das in Zukunft in einer bistatischen Messanordnung mit getrennter Sender- und Empfängereinheit betrieben werden soll. Da das eingesetzte Radarverfahren mit synthetischer Apertur (SAR) auf einer Auswertung der Phase beruht, ist eine Synchronisation der Komponenten erforderlich. Bei diesem Verfahren ist die Auflösung proportional zur Signalbandbreite, sodass zeitliche Abweichungen im ps-Bereich bereits zu sichtbaren Auflösungsverschlechterungen führen. Dies stellt hohe Anforderungen hinsichtlich der Stabilität an die zu untersuchenden Synchronisationsmethoden. Zunächst wurde ein unsynchronisierter Aufbau und anschließend eine Synchronisation mittels einem externen Signalgenerator als gemeinsame Quelle des Taktsignals für AD- und DA-Wandler, jedoch ohne räumliche Trennung, realisiert. In letzterem Aufbau kann die Synchronisation zunächst noch durch die kurzen Leitungslängen mit Koaxialkabeln realisiert werden. Im weiteren Verlauf wurde in den Signalweg des Synchronisationssignals ein optisches Übertragungssystem mit verschiedenen Lichtwellenleiterlängen implementiert, um große Distanzen und damit den Einfluss einer räumlichen Trennung von Sender- und Empfängereinheit zu untersuchen. Bei einer Distanz von 20 km und gleichen Pulsparametern, erhöht sich die Standardabweichung der Phase um den Faktor vier, was jedoch zu keiner sichtbaren Verschlechterung der Auflösung führt. Systematische Drifteffekte wurden analysiert und eine Korrektur basierend auf einem Phasendiskriminator wurde vorgestellt. Eine Synchronisation ist dadurch selbst bei Entfernungen im Kilometerbereich denkbar. Als weitere Möglichkeit wurde die Übertragung des Taktsignals über eine Freiraumstrecke betrachtet. Die erreichte Standardabweichung der Phase bei einer Distanz von 5 m lässt darauf schließen, dass auch eine Freiraumübertragung für die Synchronisation von bistatischen Radarsystemen geeignet ist. Die Verwendung von GPS-angebundenen Oszillatoren zur Erezugung eines 10 MHzReferenzsignals in Sender und Empfänger führt aufgrund der Abweichungen zwischen den Oszillatoren zu einer Phasendrift. Diese kann durch zusätzliche Abtastung eines Referenzsignals an Sender und Empfänger digital korrigiert werden.