Polarimetrisches Ultrabreitbandradar zur Rückstreuanalyse und Abbildung von Objekten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Reiner Thomä
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255934852

Bei dem Projekt Ultra EPOS geht es um die Nutzung des polarimetrischen Charakters ultrabreitbandiger elektromagnetischer Wellen (UWB) für Nahbereichsradar. Während die Vorteile der extrem hohen zeitlichen Auflösung von UWB bereits gut bekannt sind, ist bisher wenig über die Nutzung der polarimetrischen Information im Kontext von UWB-Radar geforscht worden. Dabei sind die Vorteile der Polarimetrie aus der schmalbandigen SAR-Fernerkundung (Erdbeobachtung und bildgebende Fernerkundung von Satelliten und Flugzeugen) schon lange bekannt und werden intensiv genutzt. Diese Lücke soll hier geschlossen werden. Die Polarimetrie verspricht zusätzliche Information über Objekteigenschaften wie Form, Orientierung im Raum (Kanten, Ecken), Materialzusammensetzung oder Oberflächenrauigkeit. Anders als bei den bekannten Verfahren der Fernerkundung kann die polarimetrische Signalverarbeitung im Fall von UWB aber zeitaufgelöst erfolgen. In Verbindung mit der hohen Bandbreite können die polarimetrischen Signale im Zeitbereich separiert und damit unterschiedlichen Streuprozessen wie z.B. von Flächen, Kanten und Ecken oder örtlichen Materialeigenschaften zugeordnet werden. Das hat Konsequenzen für Bildgebungsprozesse, für die Detektion bestimmter Objektmerkmale sowie für die Verstärkung erwünschter und die Unterdrückung unerwünschter Anteile durch polarimetrische Filter. So kann z.B. Clutter besser unterdrückt und Reflexionen der Umgebung für die Objektbeleuchtung gezielt ausgenutzt werden. Dabei sind Beleuchter und Beobachter im Raum multistatisch verteilt und bewegen sich auf prinzipiell beliebigen Bahnen bzgl. Objekt und Umgebung. Diese allgemeinere geometrische Anordnung erfordert andere Verfahren als jene, die z.B. aus der Fernerkundung bekannt sind.Es sollen Bildgebungsverfahren entstehen, welche im Sinne einer modellbasierten Betrachtung unterschiedliche Bestandteile der Umgebung auf Grund ihres polarimetrischen Fingerabdrucks fokussieren. Durch die Entwicklung verschiedener sich ergänzender Modelle sollen wesentliche Bestandteile der Umgebung erfasst werden, wobei durch Fusionierung der Einzelbilder ein klareres Bild als bei konventionellen Systemen entsteht. Da polarimetrische Auswertungsmethoden zu einer hohen Anzahl an charakteristischen Parametern führen, sollen zudem Klassifikationsverfahren auf Grundlage der Zeit- und Bildbereichsdaten entstehen, welche eine automatische Sensordatenklassifikation ermöglichen. Grundsätzlich werden zwei sich ergänzende Szenarien betrachtet. Zunächst findet eine ausführliche polarimetrische Untersuchung von bestimmten einzelnen Testobjekten statt, wobei der Einfluss der Umgebung (Wände oder andere Objekte) ausgeschlossen wird. Danach wird die Interaktion mit der Umgebung berücksichtigt. Ziel ist es, diesen Einfluss zu nutzen, um mehr Information über die interessierenden Objekte zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen