Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRSchärfere ISAR-Bilder von Satelliten und anderen Weltraumobjekten
Das Weltraumbeobachtungssystem TIRA besteht aus einem Zielverfolgungsradar und einem Abbildungsradar. Für das Abbildungsradar entwickelt das Fraunhofer FHR kontinuierlich innovative Methoden, um die erhaltenen Radardaten noch besser als bisher zu prozessieren und die Qualität der Abbildungen zu erhöhen. Denn auf diese Weise lassen sich deutlich belastbarere Aussagen über die Objekte treffen.
Ist das Sonnensegel eines Satelliten abgeknickt, wird es »dunkel« – ihm fehlt die Energie, um Signale zur Erde zu schicken. Nicht nur seitens der Aufklärung stellen sich daher Fragen wie: Sind die Satelliten intakt? Gab es eine Kollision? Fehlen Teile? Solche und ähnliche Fragestellungen zu Satelliten zu beantworten, ist eine der Aufgaben des Weltraumbeobachtungsradars TIRA. Denn Radar hat gegenüber optischen Systemen einen entscheidenden Vorteil: Man kann die Systeme Tag und Nacht und bei jedem Wetter nutzen. Während optische Systeme jedoch sofort ein Bild liefern, erhält man beim Radar Rohdaten, die man zunächst prozessieren muss. Dabei gilt: Je besser die Signalprozessierung, desto mehr Erkenntnis liefert das Bild. Über die Prozessierung lässt sich also die Qualität der Radarabbildung erhöhen.
Bessere Abbildungsqualität
Die Prozessierung der TIRA-Radardaten zu verbessern und somit genauere Informationen über Satelliten oder andere erdumkreisende Objekte zu gewinnen, ist eine Kernaufgabe des Fraunhofer FHR. Zur Abbildung von Weltraumobjekten mit dem Abbildungsradar des TIRA-Systems wird das ISAR Prinzip, kurz für Inverse synthetic aperture radar, verwendet: Dabei steht der Radaraufbau fest, während das Objekt um das Radar rotiert. Die Antenne dreht sich dabei, um das Objekt auf seiner Umlaufbahn zu verfolgen. Das Radar sendet laufend Pulse und zeichnet für jeden Puls das empfangene reflektierte Signal auf – daraus lässt sich ein Entfernungsprofil des Objekts gewinnen. Aus der Änderung der Entfernungsprofile über der Zeit kann durch spektrale Analyse ein 2D-Bild des Objekts berechnet werden. Bei ISAR ist die Datenverarbeitung besonders anspruchsvoll, denn Vorwärts- und Drehbewegung des Satelliten sind grundsätzlich nicht genau bekannt. Wie schnell rotiert ein festgelegter Punkt auf dem Satellit? Und wie bewegt sich der Satellit selbst? Möchte man eine scharfe Abbildung erhalten, müssen beide Fragen sehr präzise beantwortet werden. Aus der Eigenbewegung des Satelliten kann man den Stabilisierungszustand beurteilen. Taumelt er beispielsweise?
Am Fraunhofer FHR wurde eine neue Methode - basierend auf Compressive Sensing (CS) – entwickelt, um die Bilder noch schärfer zu prozessieren. Die Methode schafft eine bessere Korrektur der translatorischen Bewegung und verbindet dies mit einer spektralen Extrapolation, um die Qualität der prozessierten Radarbilder zu steigern.