Modellierung eines Interferometrischen Synthetischen Aperature Radars für die Navigation

Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung eines interferometrischen Synthetischen Aperature Radar INSAR. Da der Betrieb eines INSAR, insbesondere in Hinsicht auf die Kosten, mit relativ großem Aufwand verbunden ist, stellt die Modellierung eine Möglichkeit dar, das INSAR simulativ zu betreiben.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde dazu eine Simulationsumgebung entwickelt, welche die Prozesse des INSAR - angefangen von der Aufzeichnung von Radardaten, so genannter Rohdaten, bis zur Erstellung des Höhenmodells - simuliert. Die durch die Simulation gewonnenen Ergebnisse können dann weiter verwendet werden, um aufbauend auf den INSAR-Daten eine Navigationslösung zu entwickeln.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 2 SAR Grundlagen
  • 2.1 Die synthetische Apertur
    • 2.1.1 Squintwinkel
    • 2.1.2 Auflösung in Azimutrichtung
    • 2.1.3 Auflösung in Entfernungsrichtung
  • 2.2 SAR Betriebsmodi
  • 2.3 Aufnahmeverhalten von Punktzielen
    • 2.3.1 Entfernungsvariation
    • 2.3.2 Dopplerschwerpunkt
    • 2.3.3 Systemantwort
    • 2.3.4 Impulsantwort
  • 2.4 Multilook-Verarbeitung
• 3 SAR Verarbeitung
  • 3.1 Grundsätzliches zur SAR-Verarbeitung
  • 3.2 Range-Doppler-Verfahren
  • 3.3 Wavenumber Verfahren
  • 3.4 Extended Chirp Scaling Verfahren
    • 3.4.1 Chirp Scaling
    • 3.4.2 Entfernungskompression
    • 3.4.3 Phasenkorrektur
    • 3.4.4 Azimutkompression
    • 3.4.5 Bewegungskompensation
• 4 Interferometrisches SAR
  • 4.1 INSAR Betriebsmodi
  • 4.2 Across-Track-Interferometrie
    • 4.2.1 Aufnahmegeometrie
      • 4.2.1.1 Kohärenz
      • 4.2.1.2 Speckle-Rauschen
    • 4.2.2 Koregistrierung
    • 4.2.3 Geländemodellberechnung
• 5 Phase Unwrapping
  • 5.1 Branch-cut Ansatz
  • 5.2 Least-Squares Ansatz
• 6 Simulationsprogramm
  • 6.1 Aufbau und Komponenten
  • 6.2 Testergebnisse
    • 6.2.1 Rohdatengenerierung und SAR Verarbeitung
    • 6.2.2 Phase Unwrapping
    • 6.2.3 Gesamtsystem
  • 6.3 Grenzen
    • 6.3.1 Speckle-Rauschen
    • 6.3.2 Least-Squares Methode - Störanfälligkeit
• 7 Zusammenfassung und Ausblick
• A Fourier Transformation
  • A.1 Schnelle Fourier-Transformation (FFT)
  • A.2 Rechenregeln der Fourier Transformation
    • A.2.1 Faltung
    • A.2.2 Verschiebung im Zeitbereich

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Diplomarbeit befasst sich mit der Modellierung eines interferometrischen synthetischen Aperature Radars (INSAR) für die Navigation. Das Ziel der Arbeit ist es, ein detailliertes Verständnis des Betriebs und der Verarbeitung von INSAR-Systemen zu erlangen, um so eine Grundlage für die Entwicklung von Navigationssystemen zu schaffen.

• Grundlagen der Synthetischen Apertur Radartechnologie (SAR)
• Verarbeitung von SAR-Daten
• Interferometrie mit synthetischen Aperturen (INSAR)
• Simulation eines INSAR-Systems
• Analyse der Grenzen und Herausforderungen von INSAR-basierten Navigationssystemen

Zusammenfassung der Kapitel

• Kapitel 2: Dieses Kapitel liefert eine Einführung in die Grundlagen der SAR-Technologie, einschließlich der Erläuterung der synthetischen Apertur, der verschiedenen Betriebsmodi und des Aufnahmeverhaltens von Punktzielen. Es werden die wichtigsten Konzepte wie Auflösung, Squintwinkel und Dopplerschwerpunkt behandelt.
• Kapitel 3: Hier werden verschiedene Verfahren zur Verarbeitung von SAR-Daten vorgestellt, darunter das Range-Doppler-Verfahren, das Wavenumber Verfahren und das Extended Chirp Scaling Verfahren. Die verschiedenen Schritte der Datenverarbeitung werden erläutert, um die Erzeugung von SAR-Bildern zu ermöglichen.
• Kapitel 4: Dieses Kapitel beschäftigt sich mit dem Einsatz der SAR-Technologie in der Interferometrie. Es beschreibt die Prinzipien der Across-Track-Interferometrie und erläutert die wichtigsten Aspekte wie die Aufnahmegeometrie, die Kohärenz, das Speckle-Rauschen und die Koregistrierung.
• Kapitel 5: Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Phase-Unwrapping-Technik, einem wichtigen Schritt in der INSAR-Verarbeitung. Es werden zwei gängige Ansätze vorgestellt, der Branch-cut Ansatz und der Least-Squares Ansatz.
• Kapitel 6: Dieses Kapitel beschreibt die Entwicklung und Implementierung eines Simulationsprogramms für ein INSAR-System. Es werden die wichtigsten Komponenten des Programms vorgestellt und die Ergebnisse von Simulationen präsentiert. Die Grenzen des Systems und mögliche Fehlerquellen werden ebenfalls diskutiert.

Schlüsselwörter

Die Arbeit konzentriert sich auf die Themen Synthetische Apertur Radar (SAR), Interferometrie mit synthetischen Aperturen (INSAR), Datenverarbeitung, Simulation, Navigation, Speckle-Rauschen, Phase Unwrapping, Least-Squares Methode.

Details

• College: University Karlsruhe (TH)
• Grade: 1,0
• Author: Bastian Hartmann (Author)
• Publication Year: 2007
• Pages: 92
• Catalog Number: V176748
• ISBN (eBook): 9783640981434
• ISBN (Book): 9783640981557
• Language: German
• Tags: navigation radar SAR INSAR