Entwicklung eines abbildenden D-Band-Radiometers zur Sichtunterstützung von Helikopterpiloten

Abstract

Ein Helikopterpilot kann sich im Landeanflug in einer Vielzahl verschiedener Situationen mit Sichteinschränkungen wiederfinden. Besonders im Falle von Rettungshubschraubern die in ungesichertem Gelände und unabhängig von der Tageszeit stets zum Landen verpflichtet sind. So kann es bei Nebel und Regen, in staubigen oder verschneiten Gebieten, oder auch generell bei Nacht zu extrem schwierigen Sichtbedingungen kommen. In diesen Fällen soll das Sensorsystem Downvision-α den Piloten unterstützen. Das Kombisystem, bestehend aus Radar und Radiometer, soll dem Piloten durch eine schnelle Bildrate von 2· 1/s nahezu Echzeit-Informationen über den Landebereich direkt unter Helikoptern bereitstellen. Für die Bildgebung des Radiometers nutzt man insbesondere die reflektiven Eigenschaften von Objekten am Boden, die die radiometrisch kalte Himmelstemperatur reflektieren und so einen Kontrast bei unterschiedlich absorptiven Materialien erzeugen. In dieser Arbeit wird das zu Grunde liegende Radiometer auf der Bauteilebene entworfen und dimensioniert. Da der Sensor für eine kleine Winkelauflösung trotz kompakter Antenne im DBand arbeiten soll, werden verschiedenste atmosphärische Wetterzustände wie Nebel, Regen und Bewölkung hinsichtlich des Kontrastverhaltens in diesem Frequenzbereich untersucht. Diese Untersuchungen basieren auf den verschiedensten Wetter- bzw. Ausbreitungsmodellen, wodurch die Ergebnisse durch radiometrische Atmosphärenmessungen bestätigt werden. Um die Performanz des radiometrischen Teilsystems zu visualisieren werden Performanzsimulationen erstellt, die das Bildgebungsverfahren, das Kontrastverhalten und die Einflüsse des Empfängers selbst berücksichtigen. Um die simulierten Empfängereinflüsse hardwaretechnisch zu bestätigen, werden die ersten beiden Bauteile der Komponentenkaskade bezüglich ihrer Verluste charakterisiert. Zudem erfordert der mechanische Aufbau den Entwurf eines Hochpass-Hohlleiterfilters, um die Radarinterferenz im Radiometerempfänger zu unterdrücken. Die gewonnenen Ergebnisse demonstrieren die Funktionsweise und Performanz des radiometrischen Teilsystems im Downvision-α-Sensor. Die simulativen Analysen ließen sich durch die realen Referenzmessungen der Atmosphäre und des Antennenverlustes bestätigen. Auch der verlustarme Hohlleiterfilter wurde im Rahmen der Arbeit erfolgreich entworfen und vermessen.