Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRFortgeschrittene 3D‑ISAR‑Verfahren zur Abbildung bewegter Ziele ermöglichen es, die räumliche Struktur von Objekten in Bewegung detailliert zu erfassen – auch dann, wenn diese sich schnell und komplex bewegen. In diesem Kompetenzfeld entwickelt das Fraunhofer FHR Methoden, mit denen bemannte und unbemannte Flugobjekte, Landfahrzeuge sowie Schiffe dreidimensional abgebildet und charakterisiert werden können. Die Arbeiten sind darauf ausgerichtet, realistische Einsatzbedingungen zu berücksichtigen und robuste, operationell nutzbare Lösungen bereitzustellen.
Im Fokus stehen bewegte Ziele, die aus unterschiedlichen Perspektiven erfasst werden: vom Boden aus betrachten wir insbesondere Flugobjekte, aus der Luft heraus werden bewegte Landfahrzeuge und Schiffe auf See abgebildet. Darüber hinaus wird am Institut die 3D‑Abbildung von Flugobjekten auch von anderen fliegenden Plattformen aus untersucht. Auf diese Weise deckt die Kompetenz ein breites Spektrum militärisch relevanter Szenarien der Bewegtzielerkennung und Bildcharakterisierung ab.
Auftragsorientierte Unterstützung entlang der gesamten 3D‑ISAR‑Signalverarbeitungskette
Auf Basis dieser Arbeiten unterstütz das Fraunhofer FHR industrielle und militärische Partner entlang der gesamten Kette der 3D‑ISAR‑Signalverarbeitung: von Konzeption und Simulation über die experimentelle Erprobung bis hin zur prototypischen Implementierung. Typische Fragestellungen reichen von der Bewertung und Optimierung existierender Sensorsysteme über die Entwicklung von Verfahren zur Zielabbildung und ‑identifikation bis hin zur Vorbereitung operationeller Demonstratoren in realistischen Szenarien.
Hochauflösende Auswertung des Radarechos in drei Dimensionen
Technisch stützen sich die Arbeiten auf die hochauflösende Auswertung der Radarechos in drei Dimensionen. In Entfernungsrichtung wird die Struktur des Ziels mittels Laufzeitmessung präzise aufgelöst. Eine zweite Bilddimension entsteht durch die Auswertung der Dopplerfrequenz, die sich aus der Relativbewegung zwischen Radar und Ziel ergibt. Die dritte Raumdimension wird durch interferometrische Phasendifferenzen mehrerer Empfangskanäle erschlossen. So entstehen dreidimensionale Punktwolken bzw. Abbildungen, die Form, Ausdehnung und charakteristische Strukturen der Ziele sichtbar machen.
Compressed Sensing sorgt für präzise 3D-Abbildungen
Für die 3D‑Rekonstruktion setzen wir Methoden des Compressed Sensing ein. Dadurch lassen sich auch unter begrenzten Messbedingungen – etwa bei kurzen Beobachtungszeiten oder eingeschränkten Blickwinkeln – feine Zielstrukturen rekonstruieren und die verfügbaren Messdaten effizient nutzen. Mehrkanalig empfangene Echos unterstützen zusätzlich die präzise Schätzung der Zielbewegung. Diese Kombination ist insbesondere bei komplexen Flug- und Manövrierbewegungen entscheidend, um Bewegungseinflüsse zu kompensieren und scharfe, aussagekräftige 3D‑Abbildungen zu erzeugen.
Studien und Experimente belegen Leistungsfähigkeit von 3D-ISAR
Die Kompetenz im Bereich 3D‑ISAR ist durch eigene Studien und zahlreiche experimentelle Projekte untermauert. So wurden am Institut mit mehrkanaligen Radarsystemen von Flugzeugen aus bewegte Schiffe auf See dreidimensional abgebildet. In Laboraufbauten haben wir ein Ka‑Band‑Radarsystem eingesetzt, um rotierende Objekte auf einer Drehplattform von oben dreidimensional zu vermessen und so die Verfahren unter kontrollierten Bedingungen zu validieren. Weitere Experimente demonstrierten die Leistungsfähigkeit unserer 3D‑ISAR‑Ansätze bei der dreidimensionalen Erfassung und Abbildung einer fliegenden Drohne (Quadcopter).