DE3882707T2

DE3882707T2 - Radar mit synthetischer apertur.

Info

Publication number: DE3882707T2
Application number: DE88904578T
Authority: DE
Inventors: Ian Finley; Christopher Oliver; Richard White; James Wood
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1987-06-24
Filing date: 1988-05-24
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2008-05-25
Also published as: DE3882707D1; GB8714746D0; GB8928847D0; GB2234130B; US4963877A; GB2234130A; EP0364469A1; WO1988010434A1; EP0364469B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Radar mit künstlicher Strahleröffnung und insbesondere auf ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung, das so beschaffen ist, daß es Abbildungsfehlern aufgrund einer Abweichung der Radarplattform von einer geradlinigen Bahn entgegenwirkt.
Ein Radar mit künstlicher Strahleröffnung (SAR) ist eine bekannte Technik für die Erhöhung der Radarauflösung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Radaren, die für die Fokussierung der Strahlung eine reflektierende Parabolantenne verwenden, verwendet der SAR ein festes Radarsystem auf einer sich bewegenden Plattform wie etwa einem Flugzeug oder einem Satelliten. Normalerweise, obwohl nicht notwendig, emittiert die Radarantenne Strahlung in einer Richtung quer zur Bahn der Plattform. Der Radarstrahl besitzt typischerweise ein fächerförmiges Profil. Wenn streuende Gegenstände in den Strahl eintreten, beginnen sie Signale zum Radarsystem zurück zu reflektieren. Sie setzen die Erzeugung solcher Radarinformation solange fort, bis sie durch die Bewegung der Radarplattform längs ihrer Bahn aus dem Strahl gelangen. In jedem Zeitpunkt längs der Bahn empfängt daher das Radarsystem Signale von sämtlichen streuenden Gegenständen innerhalb des Strahls und kann jeden Streuer in der Entfernungsdimension oder Dimension quer zur Bahn anhand der Impuls-Laufzeit lokalisieren.
Ein typisches flugzeuggestütztes SAR-System würde dazu verwendet, einen Zielbereich in einem Abstand in der Größenordnung von 50 km von der Flugzeugbahn zu überwachen. Die Zieltiefe oder Entfernungsveränderung in der Dimension quer zur Bahn beträgt typischerweise 9 km. Jeder Radarimpuls erzeugt viele Radarinformationen, die zeitlich oder in der Entfernungsdimension quer zur Bahn getrennt sind. Die Radarinformationen werden durch eine Zeitfensterschachtelung in eine große Anzahl von Entfernungsfenstern unterteilt. Beispielsweise entsprechen 6000 Entfernungsfenster und eine Zieltiefe von 9 km einer Entfernungsauflösung von 1,5 Metern und einem Zeitfenster- Schachtelungsintervall von 10 Nanosekunden, eine Zeitdauer, in der die Strahlung drei Meter zurücklegt.
Das Verfahren der Entfernungsfensterschachtelung stellt keine Information bezüglich des Ortes der Streuer im Radarstrahl in der Bahn- oder Azimut-Dimension bereit. Sämtliche Streuer in einem Entfernungsfenster tragen zum momentanen Signal bei der SAR-Antenne bei. Die Antenne führt nämlich eine Vektorsummation der in jedem Zeitpunkt empfangenen Amplitudenbeiträge aus. Sie erfaßt nur die Resultierende dieser Beiträge, um einen sogenannten Rohdatenwert für jedes Entfernungsfenster zu schaffen.
Um die Auflösung in der Azimutdimension zu verbessern, verwendet der SAR eine Anzahl ( 500) von aufeinanderfolgenden Rohdatenwerten für jedes Entfernungsfenster. Dies ist äquivalent mit der Analyse der Vorgeschichte der Streuer, wenn sie sich durch den Strahl bewegen. Wenn ein Streuer in den Radarstrahl eintritt oder von diesem erstmalig bestrahlt wird, besitzt die Flugzeug-Radarplattform eine positive Geschwindigkeitskomponente, die auf ihn gerichtet ist. Diese Komponente fällt auf Null ab, wenn sich der Streuer neben ihm befindet, anschließend wird sie zunehmend negativ, wenn der Streuer relativ zum Flugzeug zurückbleibt. Die Frequenz der Radarinformation von einem Streuer wird daher in einem Grad dopplerverschoben, der sich während des Durchgangs durch den Radarstrahl verändert. Um ein fokussiertes Bild eines Streuers zu erzeugen, das auf seiner Streuvorgeschichte basiert, in der er sich durch den Strahl bewegt hat, erfordern seine Signale eine relative Einstellung, die einem einzelnen Dopplerwert entsprechen. Geeigneterweise ist dieser Wert Null, so daß Streuer an einer Position quer zum Flugzeug oder an einer Null-Dopplerposition relativ zum Flugzeug fokussiert werden. Hierzu werden SAR-Rohdatenwerte mit einem entsprechenden Phasenfaktor multipliziert, der aus einer Korrelationsreferenzfunktion exp(iαx²) entnommen ist, wobei α eine Konstante ist und x eine Strahlpositionsvariable ist; x verändert sich von einem maximalen positiven Wert an der Hinterkante des Radarstrahls hinter dem Flugzeug auf Null an einer Position in Querrichtung und auf einen maximalen negativen Wert an der Strahl-Vorderkante. Die multiplizierten Werte werden summiert, um einen einzelnen fokussierten Bildpunkt zu erzeugen. Dieses Verfahren wird für jedes Entfernungsfenster über aufeinanderfolgende Sätze von Rohdatenwerten ausgeführt, z. B. Werte von 1 bis 500, 2 bis 501, 3 bis 502, . . . , r bis 499 + r, um ein fokussiertes Bild im Azimut für jedes Entfernungsfenster zu erzeugen. Mathematisch wird dies folgendermaßen ausgedrückt:
wobei
Yn = Amplitude des n-ten fokussierten Bildpunktes mit Inphasekomponente Pn und Querphasekomponente Qn;
ak = k-ter Phasenfaktorkoeffizient oder Funktionswert der Korrelationsreferenzfunktion exp(iαx²), wobei x = (1/2L - k)δx und δx = Abstand längs der Flugzeugbahn zwischen der Abstrahlung aufeinanderfolgender Radarimpulse;
dn+k = (n+k)-ter komplexer Rohdatenwert mit Inphasekomponente pn und Querphasekomponente qn; und
L = Länge der künstlichen Strahleröffnung, d. h. der Anzahl der Rohdatenwerte, die pro Bildpunkt verarbeitet werden, z. B. 500.
Die Gleichung (1) ist mathematisch eine Korrelationsoperation, bei der ein Strom von Datenwerten mit einer Referenzfunktion exp(iαx²) korreliert wird. Sie ist äquivalent zur optischen Fokussierung mit einer Linse und mit einer elektronischen Anpassungsfilterung. Streng genommen sollte jedes Entfernungsfenster mit einer unterschiedlichen Korrelationsfunktion verarbeitet werden, da relativ weiter entfernte Entfernungsfenster eine "Linse" mit längerer Brennweite erfordern würden. In der Praxis können jedoch bis zu 250 Entfernungsfenster angemessen mit einer einzigen Funktion verarbeitet werden, so daß insgesamt 6000 Entfernungsfenster 24 oder mehr Funktionen erfordern würden. Die Verwendung-einer kleinen Anzahl von Funktionen verringert die Komplexität der Signalverarbeitung und entspricht einem optischen System mit einer einigermaßen großen Tiefenschärfe.
Die Korrelationsoperation wird häufig als Zeitbereichsoperation bezeichnet. Ein alternativer Lösungsversuch ist als Frequenzbereichsverarbeitung bekannt und wird hier der Vollständigkeit halber erwähnt. Sie wird von A.B.E. Ellis in The Radio and Electronic Engineer, Bd. 53, Nr. 3, S. 107 bis 114, März 1983, beschrieben. Sie umfaßt eine Fourier-Transformation von Daten, gefolgt von einer Multiplikation mit einer Koeffizientenmenge und einer anschließenden inversen Fourier-Transformation.
Ein Hauptproblem bei der SAR-Bilderzeugung ist die Auswahl der korrekten Referenzfunktion oder des angepaßten Filters, um das Äquivalent einer guten Bildfokussierung zu erzielen und zuverlässige Bildpunktwerte Yn zu erzeugen. Wenn eine ungeeignete Referenzfunktion verwendet wird, ist das Bild falsch fokussiert. Ein Lösungsversuch für die Funktionsauswahl verwendet die SAR-Rohdaten selbst. Dies wird als Autofokussierung bezeichnet und in dem Memorandum Nr. 3790 der British Royal Signals and Radar Establishment, das öffentlich zugänglich ist, diskutiert. Es beschreibt drei Lösungsversuche für die Gewinnung der korrekten Autofokussierung oder der Wahl einer geeigneten Referenzfunktion. Die Lösungsversuche umfassen die Leistungsspektrumsmessung, die Bildkontrastmaximierung und die Aufzeichnung von "Multilook"-Bildern. Hiervon hat sich die Leistungsspektrumsmessung als unzuverlässige Autofokussierungshilfe erwiesen, die anderen beiden Lösungsversuche sind jedoch für den Gebrauch anerkannt. Das Autofokussierungsproblem entsteht insbesondere im Falle eines Flugzeug-SAR, weil die Abweichung des Flugzeugs von seiner beabsichtigten Bahn die Frequenz und die Phase der empfangenen Radarinformationen verändert. Infolgedessen sollten sich auch die SAR-Dopplerverarbeitung und die Filteranpassung oder Referenzfunktion, die für die Erzeugung der Fokussierung erforderlich sind, ändern. Der Autofokussierungsprozeß besteht in der Bestimmung der geeigneten Referenzfunktion aus den empfangenen Radarinformationen.
Die in dem obigen RSRE-Memo Nr. 3790 beschriebene Autofokussierung durch Kontrastmaximierung besteht in der Verarbeitung von Rohdaten auf der Grundlage von Versuch und Irrtum, die eine Gruppe von Referenzfunktionen verwendet, die einer Gruppe von Versuchsgeschwindigkeiten der Flugzeugplattform längs der Bahn entsprechen. Jene Geschwindigkeit, die den besten Bildkontrast ergibt, wird als optimale Geschwindigkeit genommen, außerdem wird das verarbeitete Bild bei dieser Geschwindigkeit als wahres Bild genommen.
Obwohl die Kontrastmaximierung normalerweise ein annehmbar gut fokussiertes Bild ergibt, ist das Bild im allgemeinen verzerrt. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Flugzeug-Flugbahn keine Linie ist, die mit der geforderten Genauigkeit gerade ist. Selbst mit Bewegungsausgleichssystemen des Standes der Technik ist es unmöglich, eine solche Genauigkeit zu erzielen, da dies erfordern würde, daß die Abweichungen von der Bahn beispielsweise kleiner als die Radarwellenlänge wären, um erhebliche Fehler in der Phase der empfangenen Daten zu vermeiden. Bei einer typischen SAR-Wellenlänge von 3 cm (10 GHz) würde dies erfordern, daß die Flugzeugbahn über eine Strecke in der Größenordnung von 1/4 Kilometer in einem Bereich von ungefähr 8 mm eine gerade Linie wäre,um gut fokussierte Bilder zu erzeugen. Darüber hinaus darf sich für die Erzeugung von unverzerrten oder geometrisch korrekten Bildern die Flugzeug-Flugrichtung um nicht mehr als 10&supmin;&sup4; radian bei einem Flug mit der Länge in der Größenordnung von 10 Kilometer ändern. Dies ist völlig unmöglich, und das Ergebnis sind verzerrte, fehlfokussierte Bilder. Ferner und vor allen Dingen sind Radarbilder, die bei verschiedenen Flugzeugflügen erzeugt werden, zusätzlich zu einer relativen Drehung und einer relativen Translation unterschiedlich fehlfokussiert und verzerrt. Es ist daher äußerst schwierig, verschiedene Bilder zu vergleichen, um eine Änderung in einer Szene zu überwachen.
Das herkömmliche Verfahren zum Vergleichen von Flugzeug- SAR-Bildern ist kompliziert und zeitaufwendig. Es erfordert eine Person, die die beiden Bilder vergleicht, um eine große Anzahl (viele Hundert) von Referenzpunkten in einem Bild zu identifizieren, die auch mit einer relativen Verzerrung im anderen Bild erscheinen. Dann werden punktweise Korrekturen berechnet, um ein Bild rückzuverzerren, so daß es nach einer geeigneten relativen Translation und einer geeigneten relativen Drehung über das andere Bild gelegt werden kann. Dies wird als "Gummifolien"- ("rubber sheet") Korrekturversuch bezeichnet und erfordert die mehrstündige Arbeit eines Fachmanns. Im Prinzip könnte ein Computer dazu verwendet werden, Referenzpunkte zu identifizieren, in der Praxis ist dies jedoch wegen einer unvollkommenen Bildfokussierung unmöglich. In jedem Fall stellen die beiden endgültigen Bilder, wovon eines verzerrt und das andere rückverzerrt ist, noch immer kein zuverlässiges Bild des Geländes dar, obwohl sie wenigstens für die Bestimmung einer Szenenänderung verglichen werden können.
In den Proceedings of IGARSS '86 Symposium, Zürich, 8.- 11. September 1986, beschreiben D. Blacknell u. a. die Vorhersage der geometrischen Verzerrung einer flugzeuggestützten SAR-Bilderzeugung durch Autofokussierungsmessungen. Sie zeigen, daß ein wichtiger Beitrag der Verzerrung durch die Geschwindigkeit des Flugzeuges senkrecht zur beabsichtigten Bahn hervorgerufen wird. Sie schlagen die Korrektur der für die Erzeugung der Fokussierung verwendeten Referenzfunktionen vor, um die Geschwindigkeit quer zur Bahn auszugleichen. Dies hat eine periodische Neubestimmung der richtigen Referenzfunktionen aus der Kontrastmaximierung längs der Flugzeugbahn zur Folge. Rechnerisch wäre dies ein zeitaufwendiges Verfahren. Im Idealfall sollten für die Minimierung des Rechen- und Speicherbedarfs so wenig Funktionen wie möglich verwendet werden. Darüber hinaus würde es ein Äquivalent der Randfehler einführen, da Diskontinuitäten in das Bild eingeführt würden, wenn Bereiche desselben durch plötzliche Änderung der Referenzfunktionen verarbeitet würden. Das Verfahren kompensiert nur Fehler, die aufgrund der Geschwindigkeit quer zur Bahn hervorgerufen werden, während es, wie die Autoren feststellen, Entfernungsfehler, die durch diese Geschwindigkeit eingeführt werden, nicht kompensiert. Wenn daher den Vorschlägen von Blacknell u. a. gefolgt wird, ist das endgültige Bild lediglich teilweise verzerrungskorrigiert, und dies um den Preis einer hohen rechnerischen Komplexität.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Einrichtung für die Verzerrungskorrektur in SAR-Bildern zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung für die Anbringung auf einer beweglichen Plattform, das eine Einrichtung für die Erzeugung von Rohdaten bezüglich der künstlichen Strahleröffnung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das System außerdem umfaßt:
(i) Einrichtungen für
(a) die Verarbeitung der Rohdaten auf der Grundlage von Versuchs-Plattformbeschleunigungen quer zur Bahn, um eine vorgegebene Eigenschaft der verarbeiteten Rohdaten zu optimieren und dadurch die Geschichte der Plattformbeschleunigung quer zur Bahn zu erhalten,
(b) die Korrektur der Phase und der Entfernung der Rohdaten in Übereinstimmung mit der aus der Beschleunigungsgeschichte erhaltenen Änderung der Plattformposition quer zur Bahn, um korrigierte Rohdaten zu erzeugen, und
(c) die Verarbeitung der korrigierten Rohdaten mit Korrelationsreferenzfunktionen, die in Übereinstimmung mit der korrigierten Entfernung gewählt werden, um fokussierte, verzerrungskorrigierte Bilddaten zu schaffen; und
(ii) eine Einrichtung zum Speichern und/oder Anzeigen der Bilddaten als Funktion des Azimut und der korrigierten Entfernung.
Die Erfindung schafft den Vorteil, daß eine umfassende Verzerrungskorrektur erhalten wird, die die unvermeidlichen SAR-Fehler ignoriert, die mit der Änderung der Höhe über dem Meeresspiegel zusammenhängen, die Anlaß zu vermeintlichen Entfernungsänderungen gibt. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, Referenzfunktionen abzuwandeln, um die Verzerrung zu korrigieren. Die Entfernung und die Phase von SAR-Rohdaten werden auf eine gerade Grundlinie längs des anfänglichen Radarplattform-Geschwindigkeitsvektors korrigiert. Es hat sich gezeigt, daß der Lösungsversuch der Korrektur der Daten eher als die Abwandlung der Referenzfunktionen Bilddaten erzeugen kann, die bis auf zwei Entfernungsauflösungsintervalle genau sind. Dies ist mit Verzerrungen von ungefähr fünfzig oder mehr Auflösungszellen in einer unkorrigierten SAR-Bilderzeugung zu vergleichen.
Die Erfindung schafft Korrekturen von SAR-Rohdaten auf der Grundlage der geschätzten Querbeschleunigung. Der Lösungsversuch über die Geschwindigkeit längs der Bahn gemäß RSRE Memo Nr. 3790 ist nämlich fehlerhaft, weil sich gezeigt hat, daß der Hauptbeitrag für die Bildverzerrung und die Fehlfokussierung auf die Bewegung quer zur Bahn zurückzuführen ist.
Die Erfindung kann eine Einrichtung für die Rotation und die Translation eines Bildes einer Szene enthalten, um dieses auf ein anderes Bild jener Szene genau auszurichten. Diese Ausführungsform kann außerdem eine Einrichtung enthalten, die die Bilder abwechselnd anzeigt, wenn sie aufeinander ausgerichtet sind, so daß Szenemerkmale, die in einem Bild, jedoch nicht im anderen vorhanden sind, einen leicht identifizierbaren Flackeraspekt aufweisen.
Die Beschleunigung quer zur Bahn kann durch ein Verfahren bestimmt werden, das eine "Multilook"-Bildausrichtung umfaßt. Dieses Verfahren umfaßt die Identifizierung einer Versuchsbeschleunigung quer zur Bahn, die die beste Ausrichtung zwischen zwei in jeweiligen Hälften des Radarstrahls gebildeten Bildern erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch die Querbeschleunigung durch einen Kontrastmaximierungsprozeß bestimmt. Ein erster Korrelator ist so beschaffen, daß er Rohdaten mit niedriger Auflösung verarbeitet, um eine Untergruppe von Entfernungsfenstern, die einen hohen Kontrast zeigen, zu identifizieren. Die Untergruppe wird dann in einem zweiten Korrelator mit hoher Auflösung auf der Grundlage einer Reihe von Versuchsbeschleunigungen quer zur Bahn neu verarbeitet. Diese Beschleunigung, die den höchsten Kontrast über die Untergruppe liefert, wird als momentane Beschleunigung genommen und zusammen mit vergangenen Beschleunigungen dazu verwendet, die Radarplattformgeschwindigkeit quer zur Bahn und deren Position zu aktualisieren. Dadurch werden Korrekturen für die Phase und die Entfernung der Rohdaten für eine nachfolgende Verarbeitung mit hoher Auflösung geschaffen, um geometrisch genaue und richtig fokussierte Bilddaten zu erzeugen. Es ist hierbei kein zeitaufwendiger und teurer Eingriff in die Bildkorrektur durch eine Bedienungsperson erforderlich.
Damit die Erfindung besser verständlich wird, wird nun eine Ausführungsform derselben lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
Fig. 1 schematisch ein herkömmliches Radarsystem für die Erzeugung von SAR-Rohdaten zeigt;
die Fig. 2 und 3 eine ideale bzw. eine tatsächliche (verzerrte) SAR-Bilderzeugungsgeometrie veranschaulichen;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer SAR-Datenkorrektureinrichtung gemäß der Erfindung ist;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer SAR-Verarbeitungseinrichtung ist, die in Verbindung mit der Einrichtung von Fig. 4 verwendet wird;
Fig. 6 schematisch den Datenzugriff-Zeitablauf in den Einrichtungen der Fig. 4 und 5 veranschaulicht; und
die Fig. 7 und 8 dem Vergleich einer Karte eines unkorrigierten SAR-Bildes mit einem gemäß der Erfindung korrigierten SAR-Bild dienen.
In Fig. 1 ist schematisch ein herkömmliches flugzeuggestütztes Radarsystem gezeigt, das im allgemeinen mit 10 bezeichnet ist. Das System 10 ist für die Erzeugung von SAR-Rohdaten geeignet, die anschließend mit einer Gruppe von Referenzfunktionen korreliert werden, um ein fokussiertes Bild zu erzeugen.
Es enthält einen kohärenten Oszillator oder COHO 12, der ein 5 MHz-Signal erzeugt, das unter der Steuerung einer Haupt-Zeitablaufsteuereinheit 14 an einen Impulsgenerator 16 läuft. Die Einheit 14 empfängt von einer Einrichtung 18 eine Flugzeuggeschwindigkeitsangabe und steuert den Impulsgenerator 16 entsprechend dieser Angabe. Das Ergebnis besteht darin, daß in regelmäßigen Abstandsintervallen längs der Flugzeugbahn Radarimpulse erzeugt werden; d. h., daß die Impuls-Sendeintervalle in Abhängigkeit von der Änderung der Flugzeuggeschwindigkeit korrigiert werden. Die Impulswiederholfrequenz ist daher nicht konstant, sie liegt jedoch typischerweise im Bereich von 1,6 kHz.
Die Impulse laufen vom Impulsgenerator 16 zu einer Oberflächenschallwelleneinrichtung (SAW-Einrichtung) 20, die eine lineare Frequenzmodulation oder ein "Zwitschern" ausführt. Die modulierten Impulse werden bei 22 mit einem 10 GHz-Signal von einem stabilen Überlagerungsoszillator (STALO) 24 gemischt. Die gemischten Signale werden bei 26 einer Hochpaßfilterung unterzogen, wobei die sich ergebenden frequenzmodulierten HF-Signale bei Tx bereit für die Abstrahlung von einer (nicht gezeigten) Antenne sind.
Die von der Antenne empfangenen Signale laufen bei Rx an einen zweiten Mischer 28, wo sie erneut mit dem 10 GHz- STALO-Signal gemischt werden, um die HF-Trägerwelle zu beseitigen. Eine zweite SAW-Einrichtung 30 beseitigt die Frequenzmodulation oder "entzwitschert" das Zwischenfrequenz-Differenzsignal. Das entzwitscherte Signal läuft an zwei parallel angeordnete phasenempfindliche Detektoren 32p und 32q. Die Detektoren 32p und 32q empfangen als Referenzsignale das nicht phasenverschobene COHO-Signal und dasselbe Signal, das bei 34 um π/2 phasenverschoben wird. Sie erzeugen folglich Inphase- und Querphase-Rohdatensignale oder p- und q-Werte in analoger Form. Diese Signale werden an entsprechende Analog-/Digitalumsetzer (ADC) 36p und 36q ausgegeben, die sie in drei Bitwerte digitalisieren. Diese digitalen Werte laufen an eine Zähler-Zeitablaufsteuereinheit 38, die von der Haupt-Zeitablaufsteuereinheit 14 in Intervallen von 10 Nanosekunden Zeitablaufsteuerimpulse empfängt. Der erste Zeitablaufsteuerimpuls wird von der Zähler-Zeitablaufsteuereinheit 38 empfangen, nachdem ab der Aussendung des ersten Radarimpulses ein Zeitintervall verstrichen ist; das Zeitintervall ist gleich demjenigen, das der Radarimpuls braucht, um die nahe Kante des überwachten Szenebereichs zu erreichen und zurückzukehren, plus Signalverarbeitungsverzögerungen in den Schaltungselementen, die der Zeitablaufsteuereinheit 14 folgen. Jeder Zeitablaufsteuerimpuls tastet die Einheit 38, die ihn zählt und die entsprechenden digitalen Rohdatenwerte p und q mit dem Zeitablaufsteuerimpuls Zählstand ausgibt. Der Zeitablaufsteuerimpuls-Zählstand ist die Entfernungsfensternummer, wobei die Nummer der ersten Zeitlablaufsteuerimpulse, die jeweils den Beginn einer Radarinformation angeben, die Radarimpuls- oder Abtastnummer ist. Die Zähler-Zeitablaufsteuereinheit 38 besitzt zwei Ausgänge 40 und 42. Der Ausgang 40 stellt aufeinanderfolgende Rohdatenwerte von sechs Bits bereit, die die kombinierten Dreibit-p- und -q-Werte enthalten, während der Ausgang 42 die entsprechende Entfernungsfensternummer zusammen mit der Radarimpuls- oder Abtastnummer bereitstellt.
In den Fig. 2 und 3 sind schematisch Darstellungen einer idealen bzw. einer tatsächlichen oder realen SAR-Bilderzeugungsgeometrie gezeigt. In Fig. 2 ist eine ideale, genau geradlinige Flugzeugbahn 50 gezeigt. Die Linien wie etwa 52 geben die geometrischen Orte mit konstanter Entfernung an, während die gestrichelten Linien wie etwa 54 aufeinanderfolgende SAR-Antennenziellinien- oder -mittelstrahlrichtungen angeben. Die Linien 52 und 54 sind zur Bahn 50 parallel bzw. senkrecht; d. h., daß die Bilderzeugungsgeometrie geradlinig ist. In Fig. 3, in der die Merkmale, die mit denen der Fig. 2 äquivalent sind, die gleichen Bezugszeichen besitzen, jedoch mit einem Apostroph versehen sind, ist die Wirkung auf die Bilderzeugungsgeometrie gezeigt, die von einer realen, gekrümmten Flugzeugbahn 50' erzeugt wird. Die Antennenziellinienrichtungen 54' bleiben zur Bahn 50' senkrecht, sie sind jedoch nicht mehr länger zueinander parallel. Folglich werden die Linien 53' der konstanten Entfernung gekrümmt. Dies stellt die Quelle von geometrischen Bildverzerrungen dar, die in einem fokussierten SAR-Bild erhalten werden.
Nun wird die Verzerrungskorrektur einer SAR-Bilderzeugung gemäß der Erfindung beschrieben. Zunächst wird eine Übersicht über die Betriebsart gegeben, gefolgt von einer genaueren Diskussion.
In Fig. 4 ist eine Datenkorrektureinrichtung gezeigt, die allgemein mit 60 bezeichnet ist und die einen Teil eines verzerrungskorrigierten SAR-Systems der Erfindung bildet. Die Rohdaten von dem Radarsystem 10 von Fig. 1 werden einem Computerspeicher 62 und dann einer Datenspeicher- Steuereinrichtung 64 zugeführt, damit sie in einen Rohdatenspeicher 66 geladen werden. Jeder komplexe Rohdatenwert wird im Speicher 66 an einer Adresse gespeichert, die an sein Entfernungsfenster und seine Impulsnummern angepaßt ist. Die Speichersteuereinrichtung 64 steht mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Datenzugriffseinheit 68a, 68b bzw. 68c in Verbindung. Die Datenkorrektureinrichtung 60 enthält einen Referenzfunktionsspeicher 70, der unter der Steuerung einer Funktionsspeicher-Steuereinrichtung 72 Funktionen liefert. Eine an die Steuereinrichtung 72 gelieferte Entfernungsfensternummer hat die Ausgabe von aufeinander folgenden Werten einer entsprechenden Funktion aus dem Speicher 70 zur Folge, die für diese Fensternummer geeignet ist. Die Steuereinrichtung 72 liefert an eine erste und an eine zweite Funktionszugriffseinheit 74a bzw. 74b und außerdem an einen Benutzerausgang 76, der später beschrieben wird, Referenzfunktionen. Ein erster digitaler Korrelator 78a empfängt Daten von der Zugriffseinheit 68a und Referenzfunktionen von der ersten Funktionszugriffseinheit 74a, wobei die Daten- und Funktionszugriffseinheiten 68a bzw.
74a von einem ersten Mikroprozessor (uP) 80a gesteuert werden.
Der Ausgang des ersten Korrelators 78a entspricht verzerrten und teilweise fokussierten oder fehlfokussierten Bilddaten; er läuft an einen zweiten Mikroprozessor 80b, der den Bilddatenkontrast berechnet. Der Mikroprozessor 80b wählt die sechzehn Entfernungsfenster mit dem höchsten Kontrast aus, um sie an einen dritten Mikroprozessor 80c zu übertragen, der die Lieferung von Rohdaten und von Referenzfunktionen von den Einheiten 68b bzw. 74b an einen zweiten digitalen Korrelator 78b steuert. Der Korrelator 78b führt eine Reihe von Korrelationen oder Fokussierungsoperationen an den Rohdaten von jedem der Entfernungsfenster mit dem besten Kontrast aus. Er verwendet für jedes Entfernungsfenster eine Reihe von Referenzfunktionen vom Speicher 70. Jede Funktion wird in Übereinstimmung mit einer entsprechenden Flugzeug-Querbeschleunigung ausgewählt, so daß die Daten von jedem Entfernungsfenster auf der Grundlage einer Gruppe von Versuchsquerbeschleunigungen verarbeitet werden.
Der Ausgang des zweiten Korrelators 78b läuft an einen vierten Mikroprozessor 80d, der eine entsprechende Summe von Kontrasten für die sechzehn Entfernungsfenster für jede Versuchsbeschleunigung berechnet. Diese Beschleunigung, die dem maximalen Kontrast entspricht, wird an den dritten Mikroprozessor 80c zurückgeschickt und bildet die Basis für nachfolgende Versuchsbeschleunigungen; die Beschleunigung wird außerdem an einen fünften Mikroprozessor 80e geschickt. Der fünfte Mikroprozessor 80e speichert sämtliche Beschleunigungen mit maximalem Kontrast, die seit dem Beginn der SAR-Bilderzeugung gewonnen worden sind. Dieser Mikroprozessor ist so programmiert, daß er die Flugzeugposition quer zur Bahn aus der Vorgeschichte der Querbeschleunigung berechnet. Die Berechnung nimmt an, daß die anfänglichen Fehler der Geschwindigkeit und der Position quer zur Bahn Null sind, was äquivalent damit ist, daß die nachfolgenden Positionen quer zur Bahn auf eine Linie bezogen sind, die durch die anfängliche Position und längs des anfänglichen Geschwindigkeitsvektors des Flugzeuges verläuft.
Der berechnete Fehler der Position quer zur Bahn schafft Korrekturen sowohl für die Phase eines jeden Rohdatenwertes als auch für die entsprechende Entfernungsfensternummer. Die SAR-Daten werden auf Daten korrigiert, die erhalten worden wären, wenn das Flugzeug seine anfängliche Flugrichtung genau beibehalten hätte, weshalb für nachfolgende Daten sowohl Phasen- als auch Entfernungsfensterkorrekturen notwendig sind.
Der Mikroprozessor 80e berechnet einen Entfernungsfenster-Korrekturfaktor durch Dividieren des Fehlers der Position quer zur Bahn durch die Tiefe eines jeden Entfernungsfensters oder durch das durch jedes Entfernungsfenster definierte Entfernungsintervall. Dann addiert er diesen Faktor zu jeder Rohdaten-Entfernungsfensternummer, um korrigierte Nummern zu erhalten. Durch Multiplizieren des Fehlers der Position quer zur Bahn mit der doppelten Radarwellenzahl wird ein Phasenkorrekturfaktor berechnet. Beide Korrekturfaktoren sind für sämtliche Entfernungsfenster und Rohdaten zwischen benachbarten Aktualisierungen der Korrekturfaktor-Berechnung konstant. Die Faktoren sind positiv oder negativ, je nachdem, ob der Positionsfehler die Entfernung verlängert oder verkürzt.
Wenn der Mikroprozessor 80e die Korrekturfaktoren berechnet hat, liefert er an die dritte Datenzugriffseinheit 68c aufeinanderfolgende unkorrigierte Entfernungsfensternummern. Diese Einheit 68c erhält von dem Datenspeicher aufeinanderfolgende Rohdatenwerte, um sie in eine Phasenkorrektur-Nachschlagtabelle oder LUT 84 einzugeben. Der Mikroprozessor 80e liefert aufeinanderfolgende korrigierte Entfernungsfensternummern an einen Ausgang 86 und gibt den berechneten Phasenkorrekturfaktor an die LUT 84 aus. Jeder Rohdatenwert und der Phasenkorrekturfaktor werden kombiniert, um eine Adresse für die LUT 84 zu bilden, die aus einem Festwertspeicher besteht. Die LUT 84 antwortet auf eine Adresse durch die Ausgabe eines korrigierten Datenwertes bei 88. Die Ausgänge 86 und 88 stellen daher aufeinanderfolgende korrigierte Entfernungsfensternummern zusammen mit einem zugehörigen korrigierten Datenwert bereit.
Nun wird außerdem auf Fig. 5 Bezug genommen, in der eine SAR-Verarbeitungseinheit 100 gezeigt ist, die so beschaffen ist, daß sie Korrelationsoperationen an korrigierten Daten ausführt und die resultierenden Daten bezüglich des fokussierten Bildes korrigierten Entfernungsfensternummern zuweist. Die Einrichtung 100 verwendet Referenzfunktionen, korrigierte Daten und korrigierte Entfernungsfensternummern, die von den Ausgängen 76, 88 bzw. 86 der Verzerrungskorrektureinrichtung 60 von Fig. 4 erhalten werden, wobei diese Ausgänge auch in Fig. 5 gezeigt sind.
Die Verarbeitungseinrichtung 100 umfaßt einen Speicher 102 für korrigierte Daten, auf den über eine Speichersteuereinrichtung 104 zugegriffen wird, die mit den Ausgängen 88 bzw. 86 der Korrektureinrichtung 60 für korrigierte Daten bzw. für Entfernungsfenster verbunden ist. Ein sechster Mikroprozessor 80f ist so beschaffen, daß er die Speichersteuereinrichtung 104 aktiviert, damit sie korrigierte Daten an einen dritten digitalen Korrelator 78c schickt. Der Mikroprozessor 80f betätigt außerdem eine dritte Referenzfunktion-Zugriffseinheit 74c, um über den Ausgang 76 Referenzfunktionen von dem Funktionsspeicher 70 von Fig. 4 zu erhalten. Die Zugriffseinheit 74c liefert eine geeignete Funktion für jede korrigierte Entfernungsfensternummer an den Korrelator 78c, der die korrigierten Datenwerte wie in der herkömmlichen SAR-Verarbeitung korreliert. Die vom Korrelator 78c ausgegebenen Daten des fokussierten Bildes werden über eine Steuereinrichtung 106 für einen Speicher für verarbeitete Bilder an einen Bildspeicher 108 ausgegeben, wobei jeder Bildpunkt an einer seiner korrigierten Entfernungsfensternummer entsprechenden Adresse gespeichert wird. Diese Prozedur wird solange wiederholt, bis der Bildspeicher 108 eine Gruppe von Bildpunkten für jedes Entfernungsfenster enthält, wobei diese Gruppe die geforderten, richtig fokussierten, verzerrungskorrigierten SAR-Bilddaten für sämtliche Radarimpulse seit der vorhergehenden Aktualisierung oder Korrekturfaktorbestimmung enthält. Diese Daten sind diejenigen, die aus einem Abschnitt der Flugzeugbahn erhalten werden. Daten von späteren Abschnitten der Bahn werden durch die Wiederholung der vorangehenden Prozedur mit unkorrigierten SAR-Daten erhalten, die von dem Radarsystem 10 von Fig. 1 in einem weniger weit zurückliegenden Zeitpunkt erhalten werden.
Die Schaltungen in den Fig. 4 und 5 besitzen den Nachteil potentieller Engpässe beim Rohdatenspeicher 66 und beim Referenzfunktionsspeicher 70. Die Daten- und Funktionszugriffseinheiten 68a bis 68c bzw. 74a bis 74c können sich in einer Situation befinden, in der sie einen gleichzeitigen Speicherzugriff erfordern. In der Praxis wird dies einfach dadurch vermieden, daß drei Speicher 66 und drei Speicher 70 vorgesehen sind, die identische Information erhalten und auf eine entsprechende Zugriffseinheit ansprechen. Alternativ kann jede Zugriffseinheit einen entsprechenden Pufferspeicher enthalten, um die Information vom Speicher 66 oder 70 vorübergehend zu halten. Dann müßte ein konfligierender Speicherzugriff einem Prioritätensystem unterworfen werden, wobei ein Zugriff mit geringerer Priorität in die Warteschlange versetzt wird. Solche Anordnungen sind im Fachgebiet der digitalen Elektronik wohlbekannt und werden hier nicht im einzelnen beschrieben.
Das verzerrungskorrigierte SAR-System der Fig. 1, 4 und 5 der Erfindung arbeitet durch die Korrektur der Phase und der Entfernungsfensternummer der Rohdaten in Übereinstimmung mit der Flugzeugposition quer zur Bahn, die aus der Beschleunigungsvorgeschichte erhalten wird, die ihrerseits aus der Kontrastmaximierung erhalten wird. Es wird eine Standardgruppe von Korrelationsfunktionen sowohl bei der Kontrastmaximierung als auch bei der nachfolgenden Fokussierung der korrigierten Daten verwendet. Im Gegensatz dazu schlägt der Stand der Technik von Blacknell u. a. vor, anstelle der Korrektur der Daten selbst die Korrelationsfunktionen -anzupassen, um Datenfehler zu kompensieren. Es läßt sich zeigen, daß der Lösungsversuch von Blacknell u. a. zu einem wesentlichen Anstieg des Korrelationsfunktion-Speicherbedarfs und der Korrelator-Verarbeitungszeit im Vergleich zur vorliegenden Erfindung führt und in jedem Fall einen geringeren Verzerrungskorrekturgrad schafft.
Nun wird der Betrieb des SAR-Verzerrungskorrektursystems der Erfindung der Fig. 4 und 5 genauer beschrieben.
Die erste Gruppe von Verarbeitungseinrichtungen in Fig. 4 wird ausschließlich für die Identifizierung von sechzehn Entfernungsfenstern verwendet, die den größten Kontrast zeigen, um anschließend für die Kontrastmaximierung verwendet zu werden. Diese Gruppe umfaßt die Datenzugriffseinheit 68a, den ersten Mikroprozessor 80a, den Korrelator 78a, die Funktionszugriffseinheit 74a und den zweiten Mikroprozessor 80b. Im allgemeinen werden die vom Korrelator 78a verarbeiteten Entfernungsfenster fehlfokussiert und verzerrt sein. Daher gibt es wenig Anlaß, diese Verarbeitung bei hoher Auflösung auszuführen. In der SAR-Verarbeitung ist die Auflösung direkt auf die Länge oder die Anzahl der Funktionswerte der Referenzfunktionen, die in der Korrelation verwendet werden, bezogen. Die Länge oder die Anzahl ist als Länge der künstlichen Strahleröffnung definiert und begrifflich der Linsenöffnung ähnlich, die bei der optischen Fokussierung verwendet wird. Der erste Korrelator 78a verwendet daher Referenzfunktionen exp(iαx²), die ein Viertel der Länge derjenigen Funktionen besitzen, die bei der Kontrastmaximierung durch den zweiten Korrelator 78b und bei der Verarbeitung der korrigierten Daten im dritten Korrelator 78c verwendet werden. Der erste Korrelator 78a verwendet den mittleren Viertellängenabschnitt der sonst in voller Länge verwendeten Referenzfunktionen. Die zwei Längen der künstlichen Strahleröffnung sind als L&sub1; bzw. L&sub4; definiert, wobei im vorliegenden Beispiel L&sub4; = 4L&sub1; = 500 ist.
Jede Gruppe von Korrelationsoperationen im ersten und im zweiten Korrelator 78a bzw. 78b umfaßt die Bestimmung einer entsprechenden Gruppe von fokussierten Bildpunkten für jedes Entfernungsfenster, aus der ein entsprechender Kontrastwert bestimmt werden kann. Die Anzahl der Bildpunkte ist als W definiert (W = 100 im vorliegenden Beispiel); d. h., daß diese Korrelatoren geeigneterweise dieselbe Anzahl von Bildpunkten pro Gruppe erzeugen. Jede Gruppe von Korrelationsoperationen erfordert daher die Länge der künstlichen Strahleröffnung + W Rohdatenwerte, d. h. (L&sub1; + W) oder (L&sub4; + W) Werte.
Das entspricht der Wfachen Auswertung von Gleichung (1) (die im folgenden der Einfachheit halber wiederholt wird), wobei L = L&sub1; (Korrelator 78a) oder L = L&sub4; (Korrelator 78a), n = 1 bis W und k = 1 bis L&sub1; oder L&sub4;.
Gleichung (1) ist mathematisch äquivalent mit der schrittweisen Bewegung eines Stroms von aufeinanderfolgenden Datenwerten durch eine Gruppe von multiplikativen Koeffizienten und mit der Auswertung der Summe der Daten/Koeffizientenprodukte in jedem Schritt, da jedes ak mit aufeinanderfolgenden Werten von dn+k multipliziert wird, wenn n von 1 bis W läuft. Digitale Korrelatoren, die so beschaffen sind, daß sie diese Prozedur ausführen, sind bekannt und werden hier nicht beschrieben, siehe z. B. das britische Patent Nr. 2,106,287B.
Der Rohdatenspeicher 66 empfängt für jedes Entfernungsfenster von jedem Radarimpuls einen Rohdatenwert. Im vorliegenden Beispiel gibt es pro Impuls 6000 Entfernungsfenster. Es werden Autofokussierungs-Aktualisierungen ausgeführt, um die Flugzeug-Querbeschleunigung in Zeitintervallen zu erneuern, in denen sich diese Beschleunigung nur höchst unwahrscheinlich um mehr als ± 0,01 Meter sek&supmin;² ändert. Dieses Zeitintervall kann aus der Kenntnis der Dynamik der Radarplattform bestimmt werden. Die Gestalt der Beschleunigungsänderung ergibt sich aus Betrachtungen hinsichtlich der Tiefenschärfe quer zur Bahn.
Der Rohdatenspeicher 66 und dessen Steuereinrichtung 64 sind so beschaffen, daß sie einen "zylindrischen" Datenspeicher bilden; d. h., daß eingehende Rohdatenwerte für jedes Entfernungsfenster so gespeichert werden, daß dann, wenn der endgültige Speicherplatz für dieses Entfernungsfenster erreicht ist, der Zugriff zum Anfang dieses Entfernungsfensters zurückkehrt. Daher überschreibt dann jeder darauffolgende Rohdatenwert den ältesten Wert, der momentan im relevanten Entfernungsfenster gespeichert ist. Der Speicher 66 hält im Betrieb wenigstens die L&sub4; + W jüngsten Rohdatenwerte für jedes Entfernungsfenster. Die Länge des Speichers 66 ist daher wenigstens L&sub4; + W, während seine Tiefe wenigstens gleich der Anzahl der Entfernungsfenster ist, z. B. 6000. Jeder Speicherplatz besitzt eine Breite von sechs Bits, drei Bits für den Realteil des Rohdatenwertes und drei Bits für den Imaginärteil desselben.
Die drei Datenzugriffseinheiten 68a, 68b und 68c arbeiten auf ähnliche Weise. Jede dieser Einheiten spricht auf den Empfang einer Entfernungsfensternummer vom Mikroprozessor 80a, 80c oder 80e an, indem sie eine entsprechende Folge von Datenwerten von diesem Entfernungsfenster im Speicher 66 adressiert. Sie erhalten jedoch pro Entfernungsfenster jeweils eine verschiedene Anzahl von Datenwerten, so daß relative Verschiebungen zwischen den mittleren addressierten Werten vorhanden sind. Dies ist in Fig. 6 schematisch veranschaulicht. Die Datenzugriffseinheit 68b erhält die jüngsten (L&sub4; + W) Rohdatenwerte für W Korrelationsoperationen mit der Breite L&sub4; der künstlichen Strahleröffnung. Die Datenzugriffseinheit 68a erhält auf ähnliche Weise (L&sub1; + W) Werte für W Korrelationen für jeweils L&sub1; Punkte, der Mittelwert oder die mittlere Adresse, auf die von dieser Einheit zugegriffen wird, ist jedoch um W zu den jüngeren Daten verschoben. Die dritte Datenzugriffseinheit 68c erhält Korrekturdaten und verwendet Datenadressen, die vom Mittelwert um W zu den Daten verschoben sind, die älter als diejenigen sind, die von der Einheit 68b erhalten werden. Dies ist in Fig. 6 angegeben, wo vertikale Strichlinien 120a, 120b und 120c die mittleren Adressenpositionen für die Einheiten 68a, 68b bzw. 68c angeben. Die waagerechten durchgezogenen Linien 122a bis 122c geben die mittleren Addressenverschiebungen an, während die in eine einzige Richtung weisenden Pfeile 126a und 126b die Adressenänderung während der Korrelation angeben. Die in Fig. 6 veranschaulichten Datenspeicherzugriffsanordnungen gestatten eine Parallelverarbeitung durch die Verzerrungskorrektureinrichtung 60 von Fig. 4; d. h., daß sie annehmen, daß eine Verarbeitung bei niedriger Auflösung im ersten Korrelator 78a stattfindet, um die j-te Gruppe der sechzehn Entfernungsfenster mit höchstem Kontrast zu bestimmen. Gleichzeitig führt der zweite Korrelator 78b eine Verarbeitung bei hoher Auflösung bezüglich der (j-1)-ten Gruppe von Entfernungsfenstern mit höchstem Kontrast aus, die den vom Mittelwert um W zu früheren Werten verschobenen Rohdatenadressen entspricht.
Darüber hinaus findet gleichzeitig auf der Grundlage der (j-2)-ten Gruppe von Entfernungsfenstern mit höchsten Kontrast, die den vom Mittelwert um 2W zu früheren Werten verschobenen Datenadressen entspricht, eine Datenkorrektur mittels des fünften Mikroprozessors 80e statt.
Die Referenzfunktion-Zugriffseinheit 74a und 74b arbeiten auf ähnliche Weise, um die Ausgabe von Referenzfunktionen aus dem Funktionsspeicher 70 über die Steuereinrichtung 72 anzuregen. Jede dieser Einheiten spricht auf den Empfang einer Entfernungsfensternummer vom entsprechenden Mikroprozessor 80a oder 80e an, indem sie diese Nummer zusammen mit einer Funktionslängenangabe an die Steuereinrichtung 72 ausgibt. Die Steuereinrichtung 72 spricht durch die Adressierung der entsprechenden Nummer der Referenzfunktionswerte in jedem Fall an, wobei diese Werte an die relevante Zugriffseinheit ausgegeben wird und von dieser in den entsprechenden Korrelator 78a oder 78b geladen werden.
Der Betrieb der Verzerrungskorrektureinrichtung 60 schreitet in einer Reihe von wiederholten Stufen voran. Jede Stufe beginnt mit W neuen Rohdatenwerten für jedes Entfernungsfenster, das vom Computer 62 in den Datenspeicher 66 eingelesen wird. Dies entspricht einem neuen Streifen von verarbeiteten Radarbilddaten, wobei der Streifen die Breite W besitzt, die längs der Flugzeugbahn (Azimut) gemessen wird. Die Eingabe der neuen Streifenwerte wird von einem Verarbeitungsinitialisierungsbefehl begleitet, der vom Computer 62 gleichzeitig an die sechs Mikroprozessoren 80a bis 80f ausgegeben wird. Der Computer 62 steht mit seinem Initialisierungsbefehlausgang I mit entsprechenden Mikroprozessor- Initialisierungseingängen Ia bis If in einer (nicht gezeigten) Verbindung.
Nach der Speicherung des neuen Streifens aktiviert der Initialisierungsbefehl den Mikroprozessor 80a, um ein Entfernungsfenster Nr. 1 an die Referenzfunktion-Zugriffseinheit 74a auszugeben. Dadurch wird die Ausgabe der mittigen L&sub1; Werte der Referenzfunktion, die für die Entfernungsfenster Nrn. 1 bis 250 geeignet sind, vom Funktionsspeicher 70 veranlaßt. Bei 70 sind L&sub4; Werte pro Referenzfunktion gespeichert, bei der Verarbeitung mit niedriger Auflösung sind jedoch auf der momentanen Stufe nur die mittigen L&sub1; Funktionswerte erforderlich. Die ausgegebenen Werte werden von der Einheit 74a in den ersten Korrelator 78a geladen. Nun liefert der Mikroprozessor 80a das Entfernungsfenster Nr. 1 an die Datenzugriffseinheit 68a. Dann gibt der Datenspeicher 66 einen Strom von (L&sub1; + W) Rohdatenwerten aus, die bei dem Wert beginnen, welcher der [1/2(L&sub4; - L&sub1;) - W]-te Wert ist, da dieser der jüngste ist, und bei dem 1/2(L&sub4; + L&sub1;)-ten Wert enden. Der Korrelator 78a korreliert diesen Datenstrom mit seinen geladenen Funktionswerten, um W verarbeitete Bildpunktwerte Pn, Qn für die Ausgabe an den zweiten Mikroprozessor 80b zu erzeugen. Hierbei werden die Werte dazu verwendet, eine Kontrastfigur zu erhalten. Der Mikroprozessor 80b berechnet den Kontrast in einem Entfernungsfenster durch Auswertung von
KONTRAST
Der Mikroprozessor 80b gibt den Kontrastwert und eine entsprechende Entfernungsfensternummer in eine interne Tabelle ein, die so beschaffen ist, daß sie sechzehn Kontrastwerte enthält. Dann wird die Korrelationsprozedur durch den Mikroprozessor 80a neu begonnen, indem dieser das Entfernungsfenster Nr. 2 an die Daten- und Funktionszugriffseinheiten 68a und 74a ausgibt. Die Entfernungsfenster 1 bis 250 verwenden dieselbe Referenzfunktion, weshalb die Funktionszugriffseinheit 70a keine neue Funktion liefert. Der Datenspeicher 66 gibt für das Entfernungsfenster zwei aufeinanderfolgende Datenwerte aus, die äquivalent mit den für das Entfernungsfenster 1 ausgegebenen Daten angeordnet sind. Die Korrelations- und Kontrastberechnungen werden erneut ausgeführt.
Diese Prozedur wird sooft wiederholt, bis das Entfernungsfenster 17 erreicht ist. Der Kontrastwert und die Entfernungsfensternummer für das Entfernungsfenster 17 wird in die Tabelle des Mikroprozessors 80b nur dann eingegeben, falls er größer als der kleinste der bereits vorhandenen Kontrastwerte ist. Dann überschreibt er diesen Eingang. Diese Prozedur wird dann wiederholt, bis das Fenster 251 erreicht ist, bei dem die Funktionszugriffseinheit 74a die Korrelationsreferenzfunktion zu einer solchen Funktion ändert, die für die Entfernungsfenster 251 bis 500 geeignet ist.
Das Verfahren wird solange fortgesetzt, bis sämtliche Entfernungsfenster durch den Korrelator 78a verarbeitet worden sind, wobei nach jeweils 250 Entfernungsfenstern ein Referenzfunktionswechsel stattfindet. An diesem Punkt hält die Tabelle im zweiten Mikroprozessor 80b die sechzehn Entfernungsfenster mit höchstem Kontrast. Die Liste der Nummern der Entfernungsfenster mit höchstem Kontrast wird anschließend an den dritten Mikroprozessor 80c ausgegeben, der außerdem vom vierten Mikroprozessor 80d die vorherige Flugzeug-Querbeschleunigung mit bestem oder maximalem Kontrast empfängt. Der dritte Mikroprozessor 80c erzeugt dann eine Gruppe von einhunderteins Versuchsbeschleunigungswerten, die um 0,01 Meter sek&supmin;² beabstandet und um die vorherige beste Beschleunigung Apb zentriert sind; d. h., daß die Versuchsbeschleunigungen von Apb - 0,5 Meter sek&supmin;² bis Apb + 0,5 Meter sek&supmin;² reichen. Die Beschleunigungswerte sind um eine Tiefenschärfe beabstandet, d. h. um den minimalen Abstand, der eine erfaßbare Änderung bei der Fokussierung erzeugt.
Anschließend ordnet der dritte Prozessor 80c die mit hoher Auflösung zu verarbeitenden Rohdaten aus den sechzehn Entfernungsfenstern mit höchstem Kontrast auf der Grundlage einer jeden der Versuchsbeschleunigungen. Er simuliert die Wirkung der Querbeschleunigung durch die Änderung der Korrelationsreferenzfunktionen, die für die Entfernungsfensterverarbeitung verwendet werden. Die Beziehung zwischen der Referenzfunktion und der Querbeschleunigung ergibt sich folgendermaßen. Relativ zur Flugzeugplattform und bei Annahme einer geradlinigen Flugzeugbahn bewegen sich die Streuer auf scheinbar gekrümmten, im allgemeinen parabolischen Wegen, wenn sie sich durch den Radarstrahl bewegen. Ihre kürzesten Abstände, auf die sie sich annähern, entsprechen der Breitseitenposition. Je weiter sich der Streuer annähert, desto gekrümmter ist der Weg und desto größer ist die Phasenänderung, die das gestreute Signal zeigt, wenn sich der Streuer durch den Strahl bewegt.
Daher muß der Phasenfaktor α in der Korrelationsreferenzfunktion exp(iαx²) für weniger weit entfernte Streuer größer sein; d. h., daß c' die ansteigende Entfernungsfensternummer verkleinert. Die Querbeschleunigung krümmt jedoch die Flugzeugbahn und ändert folglich die scheinbare Krümmung des Weges des Streuers relativ zum Flugzeug. Die Krümmung des Weges des Streuers wird verringert oder erhöht, je nachdem, ob die Querbeschleunigung positiv oder negativ ist, d. h. zum Streubereich hin oder von diesem weg gerichtet ist. Die Änderung der Krümmung hat eine entsprechende Änderung der für die Erzeugung der Fokussierung erforderlichen Korrelationsreferenzfunktion zur Folge. Da Referenzfunktionen über Entfernungsfensternummern adressiert werden, wird eine Änderung der Querbeschleunigung durch eine Änderung der für die Referenzfunktionsauswahl verwendeten Entfernungsfensternummer simuliert. Die Anzahl der für die Simulation erforderlichen Referenzfunktionen hängt von der Änderung der auf zunehmenden Querbeschleunigung ab. Im vorliegenden Beispiel sind 200 Referenzfunktionen als geeignet angesehen worden.
Im Betrieb liest der dritte Mikroprozessor 80c die Liste der sechzehn Entfernungsfenster mit höchstem Kontrast vom Mikroprozessor 80b ein. Für jedes dieser Entfernungsfenster gewinnt er eine entsprechende Gruppe von einhunderteins modifizierten Entfernungsfensterwerten. Er verwendet eine interne Nachschlagtabelle, in der modifizierte Entfernungsfensterwerte durch eine Kombination der Querbeschleunigung und der Entfernungsfensternummer adressiert werden. Er liefert die erste Entfernungsfensternummer an die zweite Datenzugriffseinheit 68b und den ersten der modifizierten Entfernungsfensterwerte in der entsprechenden Gruppe an die zweite Funktionszugriffseinheit 74b. Die Einheit 74b lädt die dem modifizierten Entfernungsfensterwert entsprechende Referenzfunktion in den zweiten Korrelator 78b, wobei dieser letztere über die zweite Datenzugriffseinheit 68b Daten von der ersten Entfernungsfensternummer der sechzehn Entfernungsfenster mit höchstem Kontrast empfängt. Wie weiter oben erläutert, erhält die Datenzugriffseinheit 68b Daten, die vom Mittelwert um W zu früheren Werten seitlich verschoben sind, um die Verarbeitungsverzögerung zu ermöglichen, die während der vorhergehenden Verarbeitung mit niedriger Auflösung auftritt (siehe Fig. 6); d. h., daß (L&sub4; + W) Rohdatenwerte und L&sub4; Referenzfunktionswerte verwendet werden. Die verarbeiteten Bilddaten werden vom Korrelator 78b zum vierten Mikroprozessor 80d ausgegeben, wo sie dazu verwendet werden, erneut unter Verwendung von Gleichung (2) einen Kontrastwert mit hoher Auflösung zu berechnen. Diese Prozedur wird für die erste Entfernungsfensternummer für jeden der entsprechenden modifizierten Entfernungsfensterwerte wiederholt, um 101 Kontrastwerte zu erzeugen. Dann gibt der Mikroprozessor 80d die zweite der sechzehn Entfernungsfensternummern mit hohem Kontrast an die Datenzugriffseinheit 68b und den ersten Wert der entsprechenden Gruppe von modifizierten Entfernungsfensterwerten an die Funktionszugriffseinheit 74b aus. Dann wird die Prozedur wie vorher fortgesetzt.
Auf diese Weise werden alle sechzehn Entfernungsfenster mit höchstem Kontrast mit Referenzfunktionen verarbeitet, die jedem der 101 Versuchsbeschleunigungen entsprechen, um 1616 Kontrastwerte zu erzeugen. Dann berechnet der Mikroprozessor 80d eine entsprechende Summe von Kontrasten über sämtliche sechzehn Entfernungsfenster für jede der Versuchsbeschleunigungen und bestimmt, welche der Versuchsbeschleunigungen einen maximalen Kontrast erzeugt.
Die Mittelung des Kontrasts über eine Anzahl von Entfernungsfenstern auf diese Weise reduziert die Auswirkungen des Fleckrauschens (speckle noise), dem ein einzelner Entfernungsfenster-Kontrastwert unterliegen würde. Die Beschleunigung mit maximalem Kontrast wird anschließend an den dritten und an den fünften Mikroprozessor 80c bzw. 80e ausgegeben.
Der Mikroprozessor 80e verwendet die Beschleunigung mit maximalem Kontrast, um den Positionsfehler quer zur Bahn in einem Radarimpuls auf Impulsbasis zu aktualisieren. Dies entspricht einem Aktualisierungsintervall von 1/F, wobei F die mittlere Impulswiederholfrequenz ist. Für F = 1,6 kHz im vorliegenden Beispiel beträgt das mittlere Aktualisierungsintervall 0,625 Millisekunden, ausgedrückt durch die Flugzeit des Flugzeugs. Um die Querposition und -geschwindigkeit Rj bzw. Vj für den j-ten Radarimpuls zu berechnen, verwendet der Mikroprozessor 80e die vorher bestimmten und gespeicherten (j-1)-ten äquivalenten Werte; d. h., daß der Mikroprozessor 80e auswertet:
Rj = Rj-1 + Vj-1/F (3)
Vj = Vj-1 + Aj/F (4)
wobei Aj die j-te oder momentane Beschleunigung mit maximalem Kontrast ist. Strenggenommen sollte die Gleichung (3) anstelle von Vj den Ausdruck 1/2(Vj + Vj-1) verwenden, der hierbei eingeführte Fehler ist jedoch vernachlässigbar.
Rj und Vj werden vom Mikroprozessor 80e in einem internen Speicher gespeichert, wobei Rj für die Berechnung von Korrekturfaktoren verwendet wird. Korrekturen sind sowohl für die Phase eines jeden Rohdatenwertes als auch für die Entfernungsfensternummer, der er entspricht, erforderlich, wie weiter oben beschrieben worden ist. Der Positionsfehler beeinflußt jedoch sämtliche Entfernungsfenster gleichermaßen und führt eine konstante Verschiebung sowohl in der Phase als auch in der Entfernungsfensternummer ein. Daher berechnet der Mikroprozessor 80e modifizierte Entfernungsfensternummern N'RG und einen einzelnen Phasenverschiebungswert ΔΦj, die folgendermaßen gegeben sind:
N'RG = NRG + Rj/δR (5)
ΔΦj = 4πRj/λ (6)
wobei NRG die unmodifizierte Entfernungsfensternummer ist, δR das Entfernungsintervall pro Entfernungsfenster ist, λ die Radarlängenwelle ist und 2π/λ die Radar-Wellenzahl ist. Für 6000 Entfernungsfenster hat δR bei einer Szenentiefe von 9 km den Wert δR = 1,5 Meter. Für jeweils 1,5 Meter der Flugzeugbewegung quer zur Bahn ist daher (N'RG - NRG) gleich 1 und wird auf eine ganze Zahl gerundet. Wenn N'RG < 0 oder > 6000 ist, wird es zusammen mit entsprechenden N'RG-Werten ignoriert. Bei einer Wellenlänge von 3 cm ist ΔΦ gleich 4π/3 für jeden Zentimeter der Bewegung quer zur Bahn.
Wenn der Mikroprozessor 80e die Gleichungen (5) und (6) ausgewertet hat, gibt er ΔΦ als Sechsbit-Zahl an die sechs höherwertigen Bitadresseneingänge der Phasenkorrektur-Nachschlagtabelle 84 aus. Dann liefert er aufeinanderfolgende unmodifizierte und modifizierte Entfernungsfensternummern NRG und N'RG an die dritte Datenzugriffseinheit 68c bzw. an den Ausgang 68. Die Einheit 68c antwortet dadurch, daß sie die Lieferung von aufeinanderfolgenden Rohdatenwerten, die jeweils einem entsprechenden NRG-Wert entsprechen, an die Nachschlagtabelle 84 erreicht, um deren sechs niederwertigere Bitadresseneingänge zu schaffen. Die Tabelle 84 enthält bei jeder Zwölfbit-Adresse korrigierte Rohdatenwerte; folglich erzeugt jeder Rohdateneingang gleichzeitig mit dem Ausgang eines entsprechenden Wertes von NRG vom Ausgang 86 einen korrigierten Rohdaten-Ausgang.
Wenn der Mikroprozessor 80e über sämtliche Werte von NRG gelaufen ist, für den 0 < N'RG < 6000 ist, wiederholt er diese Prozedur für Daten von nachfolgenden Radarimpulsen. Dies wird solange fortgesetzt, bis die Rohdaten und die Entfernungsfensterwerte für einen Streifen einer Flugzeugbahn korrigiert worden sind, der W Radarimpulsen entspricht. Wie weiter oben beschrieben worden ist, sind die von der Zugriffseinheit 68c erhaltenen Daten bezüglich des Mittelwertes um W bzw. um 2W zu früher empfangenen Daten verschoben, verglichen mit denjenigen Daten, die gleichzeitig von den Einheiten 68b bzw. 68a erhalten werden. Diese Prozedur erzeugt daher eine Gruppe von W Rohdatenwerten für jedes Entfernungsfenster, das jeweils eine korrigierte Entfernungsfensternummer besitzt.
Nun wird auf Fig. 5 Bezug genommen, wobei die SAR-Verarbeitungseinrichtung 100 mit herkömmlichen Prozessoren äquivalent ist, mit der Ausnahme, daß sie korrigierte Rohdaten und Entfernungsfensternummern verwendet. Sie arbeitet mit hoher Auflösung, im übrigen ist ihr Betrieb jedoch ähnlich der Verarbeitung, die vom ersten Korrelator 78a und den zugehörigen Einrichtungen ausgeführt wird. Der Speicher 102 für korrigierte Daten hält L&sub4; + W korrigierte Rohdatenwerte für jede modifizierte Entfernungsfensternummer. Im vorliegenden Beispiel ist W = 100 und L&sub4; = 500, so daß der Speicher 102 korrigierte Daten für 6W oder 600 Radarimpulse hält. Wenn die Verzerrungskorrektureinrichtung 60 eine neue Gruppe von W korrigierten Rohdatenwerten für jedes modifizierte Entfernungsfenster erzeugt, werden diese von der Steuereinrichtung 104 dem Speicher 102 zugeführt. Der Speicher 102 ist zylindrisch beschaffen, wie oben für den Speicher 66 für unkorrigierte Rohdaten beschrieben worden ist. Jede neue Gruppe von W Werten für jedes Entfernungsfenster überschreibt daher die darin enthaltenen ältesten W Werte.
Wenn in den Speicher 102 neue Daten geschrieben worden sind, wird im dritten Korrelator 78c die Korrelation mit hoher Auflösung ausgeführt. Sämtliche L&sub4; + W korrigierten Rohdatenwerte werden zusammen mit den Referenzfunktionen verwendet, die von der dritten Zugriffseinheit 74c über den Ausgang 88 vom Referenzfunktionsspeicher 70 erhalten werden. Der sechste Mikroprozessor 80f zählt korrigierte Entfernungsfensternummern durch und liefert diese an die Speichersteuereinrichtung 104, an die Funktionszugriffseinheit 74c und an die Steuereinrichtung 106 für den Speicher für verarbeitete Bilder. Jeder Entfernungsfensternummer-Ausgang vom Mikroprozessor 80f regt daher das Laden einer entsprechenden Referenzfunktion mit einer Länge von L&sub4; Punkten in den Korrelator 78c an, welcher außerdem den Eingang von sämtlichen L&sub4; + W korrigierten Rohdatenwerten vom Speicher 102 über die Steuereinrichtung 104 empfängt. Dadurch werden W fokussierte Bildpunkte pro Entfernungsfensterausgang für die Bildspeicher-Steuereinrichtung 106 erzeugt, die diesen im Bildspeicher 108 die entsprechende korrigierte Entfernungsfensternummer zuweist. Die Prozedur wird solange fortgesetzt, bis sämtliche Entfernungsfenster verarbeitet worden sind, dann wartet die SAR-Verarbeitungseinrichtung 60 die nächste Gruppe von korrigierten Daten ab.
Der Bildspeicher 108 baut aus aufeinanderfolgenden Streifen der Länge W eventuell korrigierte Bilddaten für die gesamte Flugzeugbahn auf. Wie bereits gesagt worden ist, sind die Daten auf eine geradlinige Basislinie korrigiert, die durch die anfängliche Flugzeugposition und längs des anfänglichen Geschwindigkeitsvektors verläuft. Die korrigierten Bilddaten entsprechen daher einer geradlinigen Geometrie, wie in Fig. 2 gezeigt ist. In einer Computersimulation der Erfindung hat sich gezeigt, daß ein typisches korrigiertes Bild eine geometrische Genauigkeit von +3 Metern (zwei Entfernungsfenster) über eine abgebildete Szene mit einer Fläche von ungefähr 4·6 Kilometern besitzt.
In den Fig. 7 und 8 ist dieselbe Szene gezeigt, der ein entsprechendes SAR-Bild überlagert ist. Der Maßstab ist in beiden Fällen angenähert 1 cm = 400 Meter. Fig. 7 wurde mit unkorrigierten Daten enthalten, während Fig. 8 unter Verwendung von gemäß der Erfindung korrigierten Daten erhalten wurde. In beiden Darstellungen ist die Szene durch veränderliche Grautöne dargestellt, während das SAR-Bild als Überlagerung von punktierten Linien in hellem Ton dargestellt ist. Fig. 7 ist so angeordnet, daß sie auf das Zentrum richtig ausgerichtet und richtig orientiert ist, es ist jedoch offensichtlich, daß dadurch im übrigen eine große Fehlausrichtung erzeugt wird. Insbesondere ist ein Merkmal des SAR-Bildes links unten in Fig. 7, das ein Rechteck und ein angrenzendes Dreieck enthält, in bezug auf die Karte um ungefähr 150 Meter fehlausgerichtet. Im Vergleich zeigt Fig. 8, die gemäß der Erfindung erhalten worden ist, eine erheblich genauere Ausrichtung zwischen der Szene und dem SAR-Bild in Azimutrichtung. Es bleibt ein kleiner Fehler in der Entfernungsdimension, der in allen SAR-Bilderzeugungen unvermeidlich ist. Er entsteht, weil Höhenschwankungen von Merkmalen in einer Szene Anlaß zu einem vermeintlichen Entfernungsfehler geben; beispielsweise befindet sich die Spitze eines Berges mit einer Höhe von 300 Metern näher an einem überfliegenden Flugzeug als ein Punkt auf Meereshöhe, der sich vertikal unter der Bergspitze befindet. Eine solche Höhenzunahme reduziert die erscheinende Entfernung. Dieser Fehler kann jedoch aufgrund der Kenntnis der Topographie der Szene korrigiert werden. Ein gemäß der Erfindung erhaltenes SAR-Bild ist ausreichend genau, um mit einer entsprechenden Karte verglichen zu werden und um anschließend in der Entfernungsdimension korrigiert zu werden.
Die Datenkorrektur gemäß dem vorangehenden Beispiel der Erfindung ist solange gültig, wie die anzuwendende Phasenkorrektur sich zwischen aufeinander folgenden Radarimpulsen sich nicht um mehr als mit Radian ändert. Wenn dies nicht erfüllt ist, wird die Phasenkorrektur verfälscht. Aus Gleichung (6) ist gefordert, daß:
ΔΦj - ΔΦj-1 = 4π(Rj - Rj-1)/λ ≤ π (7)
Die Gleichungen (3), (6) und (7) implizieren:
Rj - Rj-1 = Vj-1/F ≤ λ/4 (8)
Vj-1 ≤ λF/4 (9)
Im vorhergehenden Beispiel ist F = 1,6 kHz und X = 0,03 Meter, was erfordert, daß die Quergeschwindigkeit 12 Meter/sek nicht übersteigt.
Über einen ausreichend langen Flug des Flugzeuges kann die Änderung der Flugzeug-Flugrichtung eine Quergeschwindigkeit hervorbringen, die λF/4 übersteigt. Beispielsweise hat ein Flugzeug, das mit 200 Metern/sek fliegt und seinen Flugweg um 4 Grad ändert, eine Quergeschwindigkeit von mehr als 12 Metern/sek. Um eine Verfälschung der Phasenkorrekturen zu vermeiden, werden die Flugrouten in Abschnitte unterteilt, in denen die Änderung der Quergeschwindigkeit λF/4 nicht übersteigt. Am Anfang eines jeden Abschnittes wird die Quergeschwindigkeit auf Null zurückgesetzt. Dies ist geometrisch äquivalent mit einer periodischen Änderung der Richtung der Basislinien-Referenz, auf die die Daten korrigiert werden.
Anschließend können einzelne Abschnitte des SAR-Bildes relativ gedreht werden, um eine gegenseitige Übereinstimmung zu erzielen.
Die gemäß der Erfindung korrigierten Daten erzeugen Bilder, die ausreichend genau sind, um ein Bild einer Szene mit einem weiteren Bild der Szene zu überlagern, das von einem anderen Flugzeug-Flug erhalten worden ist. Dies gestattet die Überwachung einer Szeneänderung. Ein Bild wird jedoch eine Drehung und eine Translation relativ zum anderen erfordern, da die Flugzeugbahnen der beiden Flüge unterschiedlich sein werden. Die Vergrößerung eines Bildes relativ zum anderen ist nicht erforderlich, weil die SAR-Rohdaten von der Haupt-Zeitablaufsteuereinheit 14 in bezug auf die Flugzeuggeschwindigkeitsänderung automatisch korrigiert werden.
Die Bilder werden unter Verwendung der von den Flugzeuginstrumenten erhaltenen Flugrouteninformation ungefähr ausgerichtet. Eine genauere Ausrichtung wird durch eine Kreuzkorrelation einer kleinen Fläche eines Bildes mit einer entsprechenden Fläche des anderen Bildes erzielt. Die Erfindung erzeugt ausreichend genaue und gut fokussierte Bilder, um Merkmale eines Bildes leicht mit entsprechenden Merkmalen des anderen Bildes zu identifizieren. Die Größe der zweiten dieser Flächen wird so gewählt, daß sie die Unsicherheit bei der deckungsgleichen Überlagerung der beiden Bilder wiederspiegelt. Eine kleine Fläche wird aus dem ersten Bild entnommen, um die Verbreiterung der Korrelationsspitze aufgrund von Unsicherheiten bezüglich des Drehwinkels zu minimieren. Die Ergebnisse dieser Korrelationen der kleinen Fläche werden dazu verwendet, eine Reihe von Verschiebungen zwischen den beiden Bildern an verschiedenen Punkten abzuleiten. Die für eine genaue Überlagerung der Bilder erforderliche Rotation und Translation wird dann durch eine Anpassung mit einem Verfahren der kleinsten Quadrate bestimmt. Nach der Drehung und der Translation eines Bildes relativ zum anderen können die Bilder zum Vergleich übereinandergelegt werden. Diese Prozedur kann von einem geeignet programmierten Computer ausgeführt werden.
Eine Szeneänderung kann sehr einfach durch eine Bedienungsperson festgestellt werden, indem sie zwei Bilder auf einer Kathodenstrahlröhren-Anzeige (CRT-Anzeige) vergleicht. Die Anzeige ist so beschaffen, daß zwischen den beiden Bildern hin und her geschaltet werden kann. Das Ergebnis ist, daß Szenemerkmale, die in einem Bild, jedoch nicht im anderen vorhanden sind, mit der Umschaltgeschwindigkeit "blinken". Da "blinkende" Szenemerkmale besonders deutlich erkennbar sind, wird dadurch eine höchst bequeme Technik für die Bestimmung von Änderungen in einer Szene geschaffen.
Da SAR eine kohärente Abbildungstechnik ist, ist das Bild einem Fleckrauschen unterworfen. Dies kann für eine die Szenenänderung überwachende Bedienungsperson Schwierigkeiten hervorrufen. Das Fleckrauschen kann durch eine inkohärente Mittelung über Gruppen von Bildelementen um den Preis einer verringerten Auflösung reduziert werden; d. h., daß das Bild in Flächen von jeweils n Bildelementen unterteilt wird, wobei die Intensität einer jeden Fläche über deren Bildelemente gemittelt wird, wodurch das Rauschen um n reduziert wird.
Die Erfassung der Änderung kann automatisch beispielsweise durch eine Schwellenwerterfassung von Zielen in zwei unterschiedlichen Bildern ausgeführt werden. Dem folgt ein Vergleich der erhaltenen Ziele. Helle Ziele, die in einem Bild vorhanden sind, jedoch nicht im anderen, weisen auf eine Szenenänderung hin. Alternativ kann jedes Bild in eine entsprechende Gruppe von Szenemerkmalen zerlegt werden, wobei dann die Merkmale zwischen den Bildern verglichen werden, um eine Änderung zu bestimmen. Alternativ zur Gewinnung einer Querbeschleunigungsschätzung aus einer Kontrastmaximierung kann diese Schätzung durch eine "Multilook"-Verarbeitung erhalten werden, wie vorher kurz angegeben worden ist. In dieser Technik wird die künstliche Strahleröffnung in zwei Hälften unterteilt, wobei ein Bild durch eine Korrelationsverarbeitung einer jeden Hälfte geschaffen wird. Dies entspricht einem Bild eines Streuers in der vorderen Hälfte des Radarstrahls, das mit dessen Bild in der hinteren Hälfte bezüglich des Flugzeuges verglichen wird. Bei richtiger Fokussierung sind die beiden Bilder perfekt aufeinander ausgerichtet. Wenn die Fokussierung nicht korrekt ist, sind die beiden Bilder verschoben oder gegenseitig in einem Grad fehlausgerichtet, der den Fehlfokussierungsbetrag erhöht. Dies ist offenkundig der Fall bei einer Änderung der vermeintlichen Azimutposition. Folglich wird eine Reihe von Versuchsbeschleunigungen verwendet, wobei die beiden Bilder durch eine Korrelationsverarbeitung wie oben beschrieben fokussiert werden. Jedes Paar von Bildern, das für jede Versuchsbeschleunigung erhalten wird, wird verglichen, um den Grad der Fehlausrichtung zu bestimmen. Die den kleinsten Grad von Fehlausrichtung erzeugende Beschleunigung wird dazu verwendet, die SAR-Rohdaten wie oben beschrieben zu korrigieren.

Claims

1. Ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung für die Anbringung auf einer beweglichen Plattform und mit einer Einrichtung (10) für die Erzeugung von Rohdaten bezüglich der künstlichen Strahleröffnung, dadurch gekennzeichnet, daß das System außerdem umfaßt:

(i) Einrichtungen (60, 100) für

(a) die Verarbeitung der Rohdaten auf der Grundlage von Versuchs-Plattformbeschleunigungen quer zur Bahn, um eine vorgegebene Eigenschaft der verarbeiteten Rohdaten zu optimieren und dadurch die Geschichte der Plattformbeschleunigung quer zur Bahn zu erhalten,

(b) die Korrektur der Phase und der Entfernung der Rohdaten in Übereinstimmung mit der aus der Beschleunigungsgeschichte erhaltenen Änderung der Plattformposition quer zur Bahn, um korrigierte Rohdaten zu erzeugen, und

(c) die Verarbeitung der korrigierten Rohdaten mit Korrelationsreferenzfunktionen, die in Übereinstimmung mit der korrigierten Entfernung gewählt werden, um fokussierte, verzerrungskorrigierte Bilddaten zu schaffen; und

(ii) eine Einrichtung (108) zum Speichern und/oder Anzeigen der Bilddaten als Funktion des Azimuth und der korrigierten Entfernung.

2. Ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung für die Rotation und die Translation eines Bildes einer Szene enthält, um dieses auf ein anderes Bild jener Szene auszurichten.

3. Ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Anzeigeeinrichtung enthält, die so beschaffen ist, daß sie die beiden Bilder abwechselnd anzeigen kann, wenn sie aufeinander ausgerichtet sind.

4. Ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie versehen ist mit einer Schwellenwerterfassungseinrichtung, die so beschaffen ist, daß sie helle Bildmerkmale erfaßt, und einer Vergleichseinrichtung, die so beschaffen ist, daß sie derartige Merkmale angibt, wenn diese im ersten Bild, jedoch nicht im zweiten Bild vorhanden sind.

5. Ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es versehen ist mit einer Einrichtung zum Zerlegen der Bilder in eine Gruppe von Szenemerkmalen und einer Einrichtung zum Vergleichen der Merkmale von verschiedenen Bildern, um eine Szenenänderung zu bestimmen.

6. Ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Verarbeitung, die Korrektur und die Korrelation der Rohdaten umfaßt:

(a) einen Korrelator (78a), der so beschaffen ist, daß er die Rohdaten bei niedriger Auflösung mit Referenzfunktionen verarbeitet, die auf der Grundlage der unkorrigierten Entfernung gewählt worden sind,

(b) eine Einrichtung (80b) für die Berechnung des Kontrasts in jedem Entfernungsintervall und für die Auswahl einer Untergruppe von Entfernungsintervallen mit hohem Kontrast,

(c) Einrichtungen (74b, 78b, 80c, 80d) für die erneute Verarbeitung der Entfernungsintervall-Untergruppe bei hoher Auflösung mit Referenzfunktionen, die auf der Grundlage eines Bereichs von Versuchsbeschleunigungen quer zur Bahn gewählt werden, wobei die Neuverarbeitungseinrichtungen (74b, 78b, 80c, 80d) so beschaffen sind, daß sie eine Beschleunigung angeben, die Anlaß gibt für eine Höchstsumme von Entfernungsintervall-Kontrasten über die Untergruppe,

(d) Einrichtungen (68c, 80e, 84) für die Erzeugung von Rohdaten, die hinsichtlich der Phase und der Entfernung anhand der Geschichte der maximalen Kontrastbeschleunigung, die aus den aufeinanderfolgenden Operationen der Neuverarbeitungseinrichtungen (74b, 78b, 80c, 80d) abgeleitet werden, korrigiert sind, und

(e) eine Einrichtung (100) für die Verarbeitung der phasenkorrigierten Rohdaten mit Referenzfunktionen, die auf der Grundlage der korrigierten Entfernung ausgewählt sind.

7. Ein Radarsystem mit künstlicher Strahleröffnung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelator (78a), die Neuverarbeitungseinrichtungen (74b, 78b, 80c, 80d) und die Verarbeitungseinrichtung (100) für die korrigierten Daten so beschaffen sind, daß sie Referenzfunktionen verwenden, die aus einer gemeinsamen Menge ausgewählt sind.