F-SAR als abbildender flugzeuggetragener Radarsensor im Projekt VABENE



Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) sowie Verkehrsbehörden müssen als verantwortliche Akteure in der Bewältigung von Großveranstaltungen, Großschadenslagen oder Katastrophensituationen geeignete Maßnahmen ergreifen und eine Grundmobilität in betroffenen Gebieten gewährleisten.

 

In dem Verkehrsprojekt VABENE werden leistungsfähige Unterstützungswerkzeuge entwickelt, welche BOS und Verkehrsbehörden verschiedene Hilfestellungen bieten. Das Luftmonitoring mit der Möglichkeit einer großflächigen Lagedarstellung der Bodeninfrastruktur (stationär) über optische Kameras und Radar mit Synthetischer Apertur (SAR) ist ein herausragendes Merkmal der VABENE-Sensorik. Hierfür werden experimentelle Sensoren eingesetzt, die speziell auf die Aufgaben im Verkehr angepasst worden sind. Die technische Herausforderung besteht in der schnellen Verarbeitung der gemessenen Daten, noch während sich das Flugzeug über dem Beobachtungsgebiet befindet und in der Übertragung der Ergebnisse über einen Daten-Link zum Boden.

Erst durch den Einsatz von luftgestütztem Radar werden Verkehrs- und Lageinformationen auch unabhängig vom Wetter, von Wolken und Lichtverhältnissen sowie technischer Infrastruktur am Boden (Induktionsschleifen, etc.) erzielbar. Das Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme kann auf über 30 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von SAR-Systemen, -Prozessoren und –Techniken zurückgreifen und so einen wesentlichen Beitrag zum Luftmonitoring im Projekt VABENE liefern.

Google Earth Bild überlagert mit einem SAR-Bild. Das Bild zeigt die blockweise Onboard-Prozessierung von SAR-Daten und automatisch detektierte Fahrzeuge auf der blau eingefärbten Autobahn A8 am Chiemsee unter Echtzeitbedingungen.

Das Institut setzt hierfür das mehrkanalige Flugzeugradar F-SAR ein, das bereits in einem Vorgängerprojekt auf die Bedürfnisse des Verkehrs angepasst worden ist. Zur Erfüllung der Anforderung nach Echtzeitbetrieb wurde u.a. ein Onboard Prozessor entwickelt, der erstmals in VABENE zum Einsatz kommen wird. Auf dem Prozessor werden Quicklook-SAR-Bilder noch während des Überflugs erstellt und zum Boden übertragen. Ähnlich zu optischen Bildern verschaffen Quicklook-SAR-Bilder einen ersten großflächigen Lageüberblick (stationäre Szene). Die Prozessierung hochaufgelöster, korrigierter und ggf. sogar polarimetrischer SAR-Bilder ist zeitintensiver und wird derzeit nur in der Offline-Datenverarbeitung realisiert. Hierbei werden Auflösungen in der Größenordnung von 0,5 m erreichbar.

Neben den SAR-Bildern werden teilprozessierte SAR-Daten in Echtzeit als Eingangssignale für den Verkehrsprozessor generiert. Dieser läuft ebenfalls auf dem Onboard Prozessor und liefert auf Basis von teilprozessierten SAR-Bildern mit Methoden des Ground Moving Target Indication (GMTI) automatisch detektierte Straßenfahrzeuge und deren Bewegungsparameter unter Echtzeitbedingungen. In einem ersten Entwicklungsschritt werden zur Prozessierung die Daten von vorerst zwei Empfangsantennen verwendet. Im weiteren Verlauf von VABENE wird zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Verlässlichkeit die Prozessierungskette auf drei oder vier Empfangsantennen erweitert und die Datenprozessierung darauf abgestimmt werden. 

Weitere wissenschaftliche Schwerpunkte sind die Verbesserung der Performance der Fahrzeugdetektion, die Verbesserung der Verkehrsparameterschätzung sowie die Verringerung von Falschdetektionen.

Parallel zu dem experimentellen F-SAR System wird während der Laufzeit von VABENE ein flexibel einsetzbares kleines, kompaktes und leichtgewichtiges Radarsystem konzipiert und gebaut werden, das ausschließlich für die Belange im Verkehr bereitstehen wird.


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Dr.-Ing. Karl-Heinz Bethke
German Aerospace Center

Microwaves and Radar Institute

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