Digital Beamforming for Radio Frequency Interference Suppression in Synthetic Aperture Radar
Creators: name: Bollian, Tobias
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2019
Subjects: Synthetic Aperture Radar
Digital Beamforming
Radio Frequency Interference

description: Fernerkundung mittels Radar mit synthetischer Apertur (SAR) hat sich in ein mächtiges Werkzeug für die regelmäßige Erdbeobachtung von großen Flächen entwickelt, welches unabhängig von den Wetter- und Sonnenlichtbedingungen arbeitet. Jedoch ist Störung der SAR-Aufnahmen durch Radio Frequency Interference (RFI) ein wachsendes Problem. Zudem wird sich die Anzahl der begegneten Störsignale in der Zukunft weiter auf Grund der großen Nachfrage nach drahtlosen Diensten erhöhen. Da die operationelle Frequenz eines SAR-Systems vorgegeben ist durch die physikalischen Eigenschaften welche mit der Fernerkundung bestimmt werden sollen, ist es nicht möglich auf andere Frequenzbänder auszuweichen. Effektive Techniken für eine RFI-Korrektur sind daher maßgebend für den operationellen Erfolg einer SAR-Mission. In einem konventionellen SAR-System werden bei der RFI-Korrektur auch Anteile des gewünschten SAR-Signals entfernt. Dies kann nur verhindert werden, wenn a-priori Informationen über die Eigenschaften des störenden Signals vorhanden sind. Zudem hängt die Qualität der Korrektur stark von der abgebildeten Szene und der Störung ab. Eine neue Generation von SAR-Instrumenten setzt auf eine Mehrkanalarchitektur, welche Digital Beamforming (DBF) ermöglicht. Diese Systeme können die empfangenen Signale örtlich filtern und erlauben die Entwicklung von neuen Methoden der RFIKorrektur. Die Ausleuchtung der Antenne kann nach der Datenaufnahme angepasst werden, um die Aufnahme von Signalen aus der Richtung der RFI-Quelle zu unterbinden. Zudem kann DBF genutzt werden, um das RFI und SAR-Signal aus unterschiedlichen Richtungen separat zu messen. Damit können die Eigenschaften des Störsignals direkt von den Daten bestimmt werden. Diese Arbeit schlägt neuartige RFI-Korrekturverfahren vor, welche auf DBF basieren. Die Methoden nutzen die örtliche Verteilung des SARSignals im Range-Doppler-Bereich aus. Diese Verteilung ist veränderlich mit der Zeit und doch vorhersehbar, da die Ankunftszeit des Radarsignals durch die Aufnahmegeometrie festgelegt ist. Die vorgeschlagenen, neuen Methoden können in zwei Kategorien aufgeteilt werden. Die erste Methode platziert Nullen in dem Antennenmuster. Die Positionen der Nullen werden innerhalb der SAR-Daten angepasst für eine optimale Unterdrückung der Störsignale. Die Qualität der Filterung wird in dieser Arbeit mit einem speziell hierfür entwickelten Simulator verifiziert. Zudem werden Ergebnisse mit experimentellen Daten eines Flugzeug-SAR präsentiert. Die zweite Methode steuert mehrere, gleichzeitige, digitale Antennenstrahlen in die Richtung der Störsignale um diese zu messen. Auf Grund der gewonnenen Informationen können die Störer von den Daten subtrahiert werden. Zusätzlich können die gemessenen Eigenschaften des Störsignals genutzt werden, um das RFI-Signal für Zeitpunkte zu schätzen, für die eine örtliche Filterung nicht möglich ist. Simulationsergebnisse für diese Methode werden präsentiert.