SUPERVISOR
Seyed Mahmoud Modarres-Hashemi
سیدمحمود مدرس هاشمی (استاد راهنما)
STUDENT
Ehsan Raei
احسان راعی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Improve the performance of image formation and motion compensation based on Range Doppler Algorithm in Synthetic Aperture Radar
: Remote sensing is the science related to gathering information without direct contact with a phenomenon. Synthetic aperture radar (SAR), due to their wide applications and high performances have an important role in this field. The function of SAR, which is categorized as airborne and spaceborne radars, is the same as pulsed radars. In the SAR, the transmitted signal is generally Chirp and the received signal is expansioned in both range and azimuth in two-dimensional directions, where it named as raw data SAR. There is a relative motion between the radar platform and target point, and so the distance from the radar platform to target point during synthetic aperture varies. This makes the target data to move towards the range direction and it is called the Range Cell Migration (RCM). So for extractingimage, the image forming algorithms must be performed. There are various algorithms for image formation and one of the most commonly used is the Range Doppler Algorithms (RDA). One of the important parameter in SAR is image resolution in both directions of range and azimuth and using the chirp signal improves these resolutions. There are some methods for compressing of the chirp signal in the receiver, wherein the SAR, generally matched filter is utilized. But recently, the Fractional Fourier Transform (FrFT) is proposed in chirp signal compression, and ISLR criterion shows that it has better performance than the matched filter. Since FrFT has the ability to eliminate the second order factors on the signal phase,and RCM has the second order polynomial equation, in this thesis, an algorithm is presented based on RDA, wherein the RCM is corrected too by the use of FrFT in addition to pulse compression. Coherent processing of the raw data, which is considered as one of the most important issue in image formation algorithms, requires the maintenance phase sequence of the received signal at the receiver. Since the range equation affects in the received signal phase, the radar platform must moves in a predetermined direction to have coherent processing. But due to the lack of ideal navigation systems and the presence of atmospheric disturbances, deviation from predetermined path is inevitable. This phenomenon is termed as the error motion. In practice, the amount of displacement of the actual trajectory should be measured from the ideal trajectory and the additional amount of signal phase for coherent processing is added, thisprocedure is called motion compensation. Range equation not only effects on the received signal phase, but also it affects the delay of the received signal called the Non symmetric range cell migration (NsRCM). Conventional methods for motion compensation technique only compensate the error on the phase of the azimuth signal. In this thesis, a new method is proposed for motion compensation where the NsRCM is considered and its effect is compensated. Simulation results show that the proposed compensation algorithms has better performance based on IRW, PSLR, and ISLR criteria. Keywords: Synthetic Aperture Radar, Chirp Signal, Range Cell Migration, Image Formation,Fractional Fourier Transform, Motion Compensation
0) سنجش از دور علمی است که در آن بدون تماس مستقیم با یک پدیده از آن اطلاعاتی را جمع آوری می کند و رادارهای روزنه مصنوعی(SAR) به دلیل کاربرد وسیع و کارایی بالا، جایگاه ویژه ای را در این زمینه به خود اختصاص داده است. رادارهای SAR کهدر دسته رادارهای هواپایه یا فضاپایه قرارمی گیرد، عملکردی همانند رادارهای پالسی دارند. سیگنال ارسالی در آن ها عموماً چیرپ (Chirp) بوده و سیگنال دریافتی به صورت دو بعدی در دو جهت برد و سمت پخش می شود که به آن داده ی خام می گویند.به دلیل وجود یک حرکت نسبی بین سکوی رادار و هدف نقطه ای، فاصله سکوی رادار با هدف نقطه ای در طول روزنه مصنوعییکسان نبوده و این امر باعث می شود داده های مربوط به هدف نقطه ای در جهت برد جابجا شود، که به این پدیده مهاجرت سلول برد (RCM) گفته می شود. بنابراین استفاده از داده ی خام به عنوان تصویر امکان پذیر نیست و برای استخراج تصویر باید پردازش هایی بر روی آن انجام شود که به آن الگوریتم های تشکیل تصویر گفته میشود. الگوریتم های متنوعی برای تشکیل تصویر وجود دارند که از الگوریتم های پر کاربرد می توان به الگوریتم برد-داپلر (RDA) اشاره نمود. یکی از پارامترهای مهم در الگوریتم های تشکیل تصویر، قدرت تفکیک تصویر در دو بعد سمت و برد میباشد که معمولاً برای رسیدن به قدرت تفکیکدلخواه از سیگنال چیرپ استفاده می شود. روش های مختلفی برای فشرده سازی چیرپ در گیرنده وجود دارد که در رادارهایSAR عموماً از فیلتر منطبق میشود. ولی اخیراً استفاده از تبدیل فوریه کسری (FrFT) در فشرده سازی سیگنال چیرپ مطرح شده که از لحاظ معیار ISLR نتایج بهتری نسبت به فیلتر منطبق از خود نشان می دهد. از آنجا که FrFT توانایی حذف عوامل درجه دوم بر روی فاز سیگنال را دارد و RCM نیز دارای یک معادله درجه دوم است، در این پایان نامه الگوریتمی بر پایه الگوریتمRDA ارائه شده که بر اساس آن با استفاده از FrFT علاوه بر فشرده سازی پالس، مهاجرت سلول برد نیز تصحیح می شود. یکی از موارد مهم در الگوریتم های تشکیل تصویر، پردازش همدوسداده خام می باشد. این امر مستلزم حفظ توالی فاز سیگنال دریافتی در گیرنده بوده و از آنجایی که معادله برد در فاز سیگنال دریافتی اثر گذار است، برای پردازش همدوس باید سکوی رادار در یک مسیر از پیش تعیین شده حرکت کند. ولی به دلیل ایده آل نبودن سامانه های ناوبری و همچنین وجود اختلالات جوی، جابجایی از مسیر از پیش تعیین شده امری اجتناب ناپذیر است که به این پدیده خطای حرکت گفته می شود. در عمل بگونه ای مقدار جابجایی از مسیر ایده آل اندازه گیری شده و میزان فاز مورد نیازبرای پردازش همدوس به سیگنال اضافه می شود که به این فرایند جبران سازی خطای حرکت گفته می شود. معادله برد علاوه بر فاز سیگنال دریافتی، در تأخیر پوش سیگنال ارسالی اثر می گذارد که به آن پدیده مهاجرت سلول برد غیر سیستماتیک (NsRCM) گفته می شود. روش مرسوم برای جبرانسازی خطای حرکت، روش های جبران سازی دو مرحله ای است که تنها اثر خطای حرکت بر روی فاز سیگنال در راستای سمت را جبران می کند. در این پایان نامه روش جدیدی برای جبران سازی حرکت پیشنهاد می شود که اثر پدیده NsRCM نیز در نظر گرفته و آن را جبران می کند. نتایج شبیه سازی بر روییک هدف نقطه ای نشانمی دهد که الگوریتم جبران سازی پیشنهادی بر اساس معیار هایIRW، PSLR و ISLR عملکرد بهتری از خود نشان می دهد. کلمات کلیدی: رادار روزنه مصنوعی، سیگنال چیرپ، مهاجرت سلول برد،تبدیل فوریه کسری، تشکیل تصویر و جبرانسازی خطای حرکت.