Ein selbst-referentielles Messsystem für die Bildgebung auf Basis des synthetischen Apertur Radars

Jan Barowski, Dennis Pohle, Timo Jaeschke, Nils Pohl, Ilona Rolfes

Klein­heu­ba­cher Ta­gung 2015, U.R.S.I. Lan­des­aus­schuss in der Bun­des­re­pu­blik Deutsch­land e.V., Mil­ten­berg, Ger­ma­ny, Sep 28-30, 2015


Abstract

Die fortschreitende Entwicklung zellulärer Funktechnologien wird voraussichtlich auch den Bereich der mm-Wellen ab 30 GHz für Mobilfunkstandards der 5. Generation erschließen. Da mit steigender Frequenz die Wellenlänge weiter abnimmt, werden für akkurate Funkkanalmodelle und –simulationen genauere Betrachtungen der Oberflächenstruktur von elektrisch großen Objekten (Innen- und Außenwände, Straßen, Fassaden, etc.) notwendig. Bildgebende Radarverfahren auf Basis eines synthetischen Apertur Radars (SAR) bieten die Möglichkeit die Oberflächen- sowie Volumenstruktur von Objekten in drei Dimensionen zu erfassen, um sie anschließend in 3D-Simulationen oder strahlenoptischen Verfahren zu berücksichtigen. In diesem Fall werden zur Bildgebung Radargeräte verwendet, welche bei 80 GHz mit Bandbreiten größer als 20 GHz operieren. Da für eine hinreichend genaue Bildgebung sehr viele Einzelmessungen (>100.000) aus unterschiedlichen, genau bekannten, Antennenpositionen benötigt werden, ist die Dauer der gesamten Messung in erster Linie durch die Bewegung der Antenne determiniert, welche bisher aufgrund der Genauigkeitsforderungen nur schrittweise erfolgt. Um die Messdauer zu reduzieren, wird in diesem Beitrag ein aus mehreren Radargeräten bestehendes Bildgebungssystem vorgestellt, welches anhand eines Referenzziels die eigene Position bestimmt. Da die Dauer einer Einzelmessung im Bereich weniger Millisekunden liegt, ist es durch die Lokalisierung möglich kontinuierliche Antennenbewegungen zu verfolgen und somit die Messdauer zu reduzieren. Bei der Lokalisierung der Radargeräte wird der Abstand zum Referenzziel bestimmt und im Anschluss die Methode der Multilateration verwendet. Um das hierbei entstehende nichtlineare Gleichungssystem zu lösen, kann unter anderem der iterative Gauss-Newton-Algorithmus verwendet werden. Durch die große Bandbreite der zur Verfügung stehenden Radargeräte (mind. >20GHz), wird die, für die Bildgebung benötigte, hohe Genauigkeit der Positionsbestimmung erreicht. Zur anschließenden Bildgebung wird der Backprojection Algorithmus verwendet.

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