 | Schreiber E. Vollelektronisches Abbildungsverfahren für die Mikrowellenradiometrie durch Frequenzvariation und Apertursynthese / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, Oberpfaffenhofen. - Köln: DLR, 2014. - VII , 204 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2014-06). - Bibliogr.: S.VI-XV. - Пер. загл.: Полностью электронная СВЧ система формирования изображений с управлением луча путем сдвига частоты и синтеза апертуры. - ISSN 1434-8454
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Inhaltsverzeichnis .............................................. V
Physikalische Konstanten ........................................ I
Formelzeichen und Konstanten .................................... I
Abkürzungen .................................................... IV
Inhaltsverzeichnis .............................................. V
1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Motivation .............................................. 4
1.2 Resultierende Aufgabenstellung .......................... 8
2 Physikalische Grundlagen .................................... 11
2.1 Die Theorie der Schwarzkörperstrahlung ................. 11
2.2 Die Definition der Helligkeit .......................... 12
2.3 Die Strahlungseigenschaften realer Körper .............. 13
2.4 Radiometrische Empfindlichkeit ......................... 15
2.5 Thermisches Rauschen ................................... 15
2.6 Definitionen der Antennentheorie ....................... 16
3 Verfahren zur räumlichen elektronischen Abtastung bei
radiometrischen Abbildungssystemen .......................... 19
3.1 Bekannte elektronische Abtastverfahren ................. 19
3.1.1 Apertursynthese ................................. 19
3.1.2 Fokalebenengruppe ............................... 19
3.1.3 Elektronische Strahllenkung ..................... 21
3.1.3.1 Frequenzselektive Abtastung ............ 21
3.1.3.2 Phasen-und laufzeitgesteuerte
Gruppenantennen ........................ 22
3.1.3.3 Vergleich digitaler Strahlformung mit
dem Apertursyntheseverfahren ........... 22
3.2 Neuartiges elektronisches Abtastverfahren .............. 30
3.2.1 Das Abtastverfahren der Apertursynthese ......... 30
3.2.1.1 Verfahren der Apertursynthese in
diskreter Form ......................... 37
3.2.1.2 Allgemeine Fehleranalyse zur
Visibility-Funktion .................... 40
3.2.1.3 Allgemeine Fehleranalyse für den
Nahfeldfall ............................ 44
3.2.2 Verfahren zur räumlichen Abtastung mittels
Frequenzvariation ............................... 51
3.2.2.1 Funktionsprinzip einer
Hohlleiterschlitzantenne ............... 51
3.2.2.2 Wahl der Resonanzlänge und des
Schlitzversatzes ....................... 54
3.2.2.3 Optimierung des Schwenkwinkels ......... 57
3.2.2.4 Technische Realisierung der
Hohlleiterschlitzantenne ............... 64
3.2.2.5 Messung der Streuparameter ............. 64
3.2.2.6 Theoretische Bestimmung der
Antennenrichtcharakteristik ............ 66
3.2.2.7 Polarisation einer
Hohlleiterschlitzantenne ............... 69
3.2.2.8 Messtechnische Bestimmung der
Antennenrichtcharakteristik ............ 70
3.2.2.9 Einfluss der Messumgebung auf die
Antennenrichtcharakteristik ............ 76
3.2.2.10 Betrachtungen zur Halbwertsbreite ...... 78
3.2.2.11 Bestimmung des Antennenwirkungsgrades .. 81
3.2.2.12 Bestimmung der Strahlungstemperatur
des Himmels ............................ 84
3.2.2.13 Analyse des Antennenwirkungsgrades ..... 89
3.2.3 Vergleich des synthetisierten und realen
Richtdiagramms .................................. 91
4 Entwicklung und Aufbau des VESAS-Demonstrators .............. 93
4.1 Systementwurf des VESAS-Demonstrators .................. 94
4.1.1 Aufbau des 2-Elemente-lnterferometers ........... 94
4.1.2 Technische Realisierung der Empfangszweige ...... 95
4.1.2.1 Lokaloszillatornetzwerk ................ 97
4.1.2.2 Kalibrationszweig ...................... 97
4.1.2.3 Seitenbandunterdrückung für die
Empfangssignale ........................ 98
4.1.2.4 Digitale und analoge
Korrelationsverfahren ................. 100
4.1.2.5 Messtechnische Verifikation des
digitalen Korrelationsverfahrens ...... 104
4.1.2.6 Messtechnische Verifikation des
analogen Korrelationsverfahrens ....... 106
4.2 Technische Umsetzung des Systemdemonstrators .......... 108
5 Verfahren zur Bildrekonstruktion ........................... 111
5.1 Rekonstruktionsalgorithmus für ein Zwei-Elemente-
Interferometer ........................................ 111
5.1.1 Die radiometrische Empfindlichkeit eines
Apertursyntheseradiometers ..................... 114
5.1.2 Normierung der Visibility-Funktion ............. 115
5.1.3 Berücksichtigung von Fehlem beim
Rekonstruktionsverfahren ....................... 116
5.2 Projektionsverfahren zur Bildentzerrung ............... 117
6 Systemsimulation und Fehleranalyse ......................... 123
6.1 Aufbau der Systemsimulation ........................... 123
6.2 Fehleranalyse ......................................... 128
6.2.1 Betrachtung allgemeiner Systemparameter ........ 129
6.2.2 Betrachtungen zur Nah-und Femfeldfokussierung .. 138
6.2.3 Betrachtungen zu Antennenparametern ............ 146
6.2.4 Betrachtungen zur vollständigen
Fehleranalyse .................................. 150
7 Diskussion von Messergebnissen des VESAS-Systems ........... 152
7.1 Radiometrische Methoden der Absolutwertkalibration .... 152
7.1.1 Allgemeine "Hot-Cold" - Kalibration ............ 153
7.1.2 Neuartige und systemspezifische "Hot-Cold" -
Kalibration .................................... 156
7.1.3 Allgemeine Methoden zur Phasenkorrektur ........ 159
7.1.4 Neuartige Methode zur Phasenkalibration ........ 160
7.1.4.1 Bestimmung systembedingter Offsets ................ 162
7.2 Radiometrische Messungen .............................. 163
7.2.1 Messszene mit definierten Zielobjekten ......... 163
7.2.2 Beschreibung eines vollständigen
Abbildungsvorgangs ............................. 165
7.2.3 Abbildungsergebnisse realer Szenarien .......... 169
7.2.3.1 Beispiel zur Bestimmung der
absoluten Helligkeitstemperatur ....... 169
7.2.3.2 Verifikation des Projektions- und des
Rekonstruktionsverfahrens ............. 178
7.2.3.3 Verifikation der Nahfeldfokussierung .. 182
7.2.3.4 Untersuchungen zur digitalen
Strahlformung ......................... 187
8 Zukünftige Weiterentwicklung des VESAS-
Abbildungskonzepts ......................................... 191
8.1 Technische Umsetzung des VESAS-Prinzips mit mehreren
Elementen ............................................. 191
8.1.1 VESAS-System mit ausgedünnter Antennengruppe ... 191
8.1.2 Fortschrittliche Datenaufnahme
und-Verarbeitung ............................... 194
8.2 Anwendungen für Sicherheitsbedürfnisse ................ 197
9 Schlussfolgerungen ......................................... 203
Literaturverzeichnis ........................................... vi
Anhang А ...................................................... xvi
Anhang В .................................................... xviii
Anhang С ....................................................... xx
Lebenslauf .................................................... xxi
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