Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRErste Tests erfolgreich absolviert
Hochauflösende Radarabbildung der Mondoberfläche mit dem neuen Zielverfolgungsradar der Großradaranlage TIRA
Forschende des Fraunhofer FHR haben erfolgreich erste Experimente mit dem neuen Zielverfolgungsradar der TIRA-Anlage durchgeführt: Sie erzeugten eine hochauflösende Radarabbildung der gesamten von der Erde sichtbaren Mondoberfläche - aus einer Entfernung von 385.000 Kilometern! Durch Nutzung der Bewegung von Erde und Mond wurde mit der 34 Meter großen Antenne der TIRA-Anlage eine deutlich größere, virtuelle Antenne erzeugt und somit eine hohe Auflösung für die Abbildung erreicht. Mit diesem Verfahren zur Erzeugung einer synthetischen Antennenapertur (SAR, engl. Synthetic Aperture Radar) konnte eine zusammenhängende Abbildung der gesamten sichtbaren Mondoberfläche erzielt werden.
Ein neues Zielverfolgungsradar für die TIRA-Anlage
Die stetige Verbesserung der Fähigkeiten der Großradaranlage TIRA (Tracking and Imaging Radar) ist ein zentraler und wichtiger Anteil der Forschung beim Fraunhofer FHR. Bei der Weiterentwicklung der Signalverarbeitungssysteme des Zielverfolgungsradars wird konsequent das Konzept des Software-defined Radar verfolgt, um ein flexibles und zukunftsfähiges Forschungsinstrument zur Weltraumlageerfassung mit Radar zu schaffen.
Die Signalabtastung und die Signalerzeugung erfolgen dabei direkt im Mikrowellenbereich im L-Band bei 22 Zentimetern Wellenlänge, nahe am analogen Frontend der Antenne. Die weitergehende Verarbeitung der digitalisierten Signale findet in Echtzeit auf Grafikprozessoren mittels in Software definierter Verfahren statt. Dies ermöglicht eine flexible Implementierung innovativer Methoden und deren wissenschaftliche Nutzung.
In den letzten Wochen wurde mit der erfolgreichen Durchführung verschiedener Experimente ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung erreicht und ein Nachweis zur Eignung des vom Fraunhofer FHR entwickelten Gesamtsystemkonzepts erbracht.
Das erste Licht für das neue System
Beim ersten Experiment mit diesem neuen Instrument, dem sogenannten First Light oder ersten Licht, wurde zur Untersuchung der Systemstabilität eine Vermessung des Mondes durchgeführt. Dazu wurde der Mond durch den leistungsstarken Sender des TIRA mit der Antennenkeule der Cassegrain-Antenne beleuchtet und die von der Mondoberfläche reflektierten Echos wurden nach circa 2,6 Sekunden empfangen. Die Breite der Antennenkeule entspricht hierbei in etwa dem scheinbaren Durchmesser des Mondes.
Da der Mond für die Keule der Antenne wie ein einzelner Punkt erscheint und nicht aufgelöst von ihr wird, wurde insbesondere die Eigendrehung von Mond und Erde genutzt, um über einen Zeitraum von etwa 30 Minuten sozusagen virtuell eine viel größere Antenne, die sogenannte synthetische Apertur, aufzuspannen. In Abbildung 1 ist diese synthetische Apertur (grün) mit der relativen Bewegung des TIRA (rot) zur Mondoberfläche dargestellt.
Zusammen mit der Entfernungsmessung des Radarsystems ergibt sich somit eine Abbildung der Mondoberfläche mit einer Auflösung im Bereich von 20 Metern. Die Reflexionen von der nördlichen und südlichen Oberfläche des Mondes überlagern sich dabei, da sie jeweils gleiche Entfernungen aufweisen. Diese beiden so entstehenden Bilder wurden mit dem Monopulssystem des Zielverfolgungsradars, das eine nachträgliche Formung der Antennenkeule ermöglicht, wieder getrennt. Bei dem Monopulssystem handelt es sich um eine Erregerantennengruppe in der Brennebene des Cassegrain-Reflektorsystems, die bei der Zielverfolgung zur präzisen Messung der Zielrichtung dient.
Die erzeugten SAR-Bilder der Mondhalbkugeln sind in den Abbildungen 2a und 2b gezeigt. Horizontal verläuft die synthetische Apertur, über die Vertikale von oben nach unten verläuft die Entfernung zum Radarsystem. Abbildung 3 zeigt in einem Ausschnitt des Bildes den ikonischen Krater Tycho auf der Südhalbkugel des Mondes.
