:: دوره 10، شماره 1 - ( 3-1401 ) ::
جلد 10 شماره 1 صفحات 87-69 برگشت به فهرست نسخه ها
مقایسه الگوریتم های پردازش سیگنال به منظور تشکیل تصویر سه بعدی رادار روزنه مصنوعی برای سامانه زمینی در باند میلیمتری
بنیامین حسینی، جلال امینی*، صفی الدین صفوی نائینی
دانشکده مهندسی نقشه‌برداری و اطلاعات مکانی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران
چکیده:   (542 مشاهده)
این مقاله به بررسی عملکرد قابلیت تصویربرداری رادارروزنه­مصنوعی سه­بعدی در سامانه زمینی با طول موج میلیمتری می­پردازد. افزایش کاربردهای سنجش­از­دور راداری و نیاز به داده­های متنوع، توجه زیادی را به توسعه سامانه­ های رادار زمینی جلب کرده­است. سامانه­های رادارروزنه­مصنوعی زمینی (GBSAR) دارای زاویه دید مناسب، نرخ تصویربرداری بالا، و هزینه ساخت و نگهداری کم هستند. بااین­حال، طول روزنه مصنوعی در سامانه­های GBSAR محدود است و علاوه­براین، اختلاف بین برد نزدیک و دور، درمقایسه با سامانه­های هوابرد یا ماهواره­ای، زیاد است. موارد ذکرشده در سیگنال­های دریافتی و درنتیجه کیفیت تصویر نهایی تاثیرگذار هستند. در این مقاله سه الگوریتم پردازش سیگنال بک­پروجکشن(BP)، تبدیل فوریه (FT)، و رنج-مایگریشن (RMA) برای تشکیل تصویر سه­بعدی در سامانه GBSAR توسعه­پیداکرده و بررسی می­شوند. سامانه مورد نظر در باند W فعالیت می­کند و از دو ریل افقی و عمودی به­منظور ایجاد روزنه مصنوعی بهره می­برد. الگوریتم­های ذکرشده، توسط دو آزمایش مختلف در محیط شبیه­سازی مورد بررسی و ارزیابی قرار می­گیرند. همچنین، از چهار معیار تفکیک­پذیری زاویه، PSLR، ISLR، و SCR جهت ارزیابی و مقایسه نتایج بهره گرفته می­شود. طبق نتایج شبیه­سازی هر سه الگوریتم نتایج قابل قبولی را در تشکیل تصویر سه­بعدی از سیگنال خام بدست آوردند. با مشاهده تصاویر حاصل از الگوریتم RMA می­توان دریافت که در راستای عمودبر برد با افزایش فاصله هدف از مرکز تصویر، شدت انرژی بازتابی توسط این الگوریتم ضعیف­تر از دو الگوریتم دیگر است. علاوه­براین، تفکیک­پذیری زاویه­ در الگوریتم RMA نسبت به تغییر برد اهداف پایدار است در حالیکه دو الگوریتم دیگر در فواصل نزدیک تفکیک­پذیری ضعیفی را به­همراه دارند. در بررسی فشرده­سازی انرژی سیگنال، تصویر الگوریتم RMA نتایج ضعیف­تری را به­همراه داشت که باعث نتایج نامطلوب این الگوریتم در فواصل دور گردید. دو الگوریتم FT و BP در اکثر موارد نتایج مشابهی را به­همراه داشتند که می­تواند به­علت شباهت در رویکرد هر دو الگوریتم باشد. الگوریتم FT برای سامانه مورد نظر تفکیک­پذیری بهتری را به­ همراه داشت و درحالی­که BP عملکرد مناسب­تری در فشرده­سازی به­همراه داشت.
واژه‌های کلیدی: الگوریتم رنج-مایگریشن، الگوریتم بک پروجکشن، تبدیل فوریه، حوزه فرکانس، حوزه زمان
متن کامل [PDF 1454 kb]   (122 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: سنجش از دور
دریافت: 1400/7/12 | پذیرش: 1401/2/7 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1401/2/7 | انتشار: 1401/3/18
فهرست منابع
1. [1] I. G. CummingF and H. Wong, "Digital Processing of Synthetic Aperture Radar Data: Algorithms and Implementation, Artech House, Norwood (2005)," Google Sch.
2. [2] F. Ulaby et al., Microwave radar and radiometric remote sensing. Ann Arbor: University of Michigan Press, 2014. [DOI:10.3998/0472119356]
3. [3] A. Reigber et al., "Very-High-Resolution Airborne Synthetic Aperture Radar Imaging: Signal Processing and Applications," Proc. IEEE, vol. 101, no. 3, pp. 759-783, Mar. 2013. [DOI:10.1109/JPROC.2012.2220511]
4. [4] W. G. Carrara, R. S. Goodman, and R. M. Majewski, Spotlight synthetic aperture radar : signal processing algorithms. Boston : Artech House, 1995.
5. [5] A. Ribalta, "Time-domain reconstruction algorithms for FMCW-SAR," IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., vol. 8, no. 3, pp. 396-400, 2011. [DOI:10.1109/LGRS.2010.2078486]
6. [6] E. C. Zaugg, "Generalized image formation for pulsed and LFM-CW synthetic aperture radar," 2010.
7. [7] M. Okoń-Fąfara, P. Serafin, and A. Kawalec, "An analysis of Chosen Image Formation Algorithms for Synthetic Aperture Radar with FMCW," Int. J. Electron. Telecommun., vol. 62, no. 4, pp. 323-328, Jan. 2016. [DOI:10.1515/eletel-2016-0044]
8. [8] E. C. Zaugg and D. G. Long, "Theory and application of motion compensation for LFM-CW SAR," IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 46, no. 10, pp. 2990-2998, 2008. [DOI:10.1109/TGRS.2008.921958]
9. [9] M. Pieraccini and L. Miccinesi, "Ground-based radar interferometry: A bibliographic review," Remote Sens., vol. 11, no. 9, p. 1029, 2019. [DOI:10.3390/rs11091029]
10. [10] B. Hosseiny, J. Amini, M. Esmaeilzade, and M. Nekoee, "Range Migration Algorithm in the Processing Chain of Signals of a Ground-Based SAR Sensor," Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spat. Inf. Sci., vol. 42, pp. 521-525, 2019. [DOI:10.5194/isprs-archives-XLII-4-W18-521-2019]
11. [11] Y. Wang et al., "Ground-Based Differential Interferometry SAR: A Review," IEEE Geosci. Remote Sens. Mag., vol. 8, no. 1, pp. 43-70, 2020. [DOI:10.1109/MGRS.2019.2963169]
12. [12] O. Monserrat, M. Crosetto, and G. Luzi, "A review of ground-based SAR interferometry for deformation measurement," ISPRS J. Photogramm. Remote Sens., vol. 93, pp. 40-48, 2014. [DOI:10.1016/j.isprsjprs.2014.04.001]
13. [13] G. L. Charvat, Small and short-range radar systems. CRC Press, 2014. [DOI:10.1201/b16718]
14. [14] B. Hosseiny, J. Amini, and S. Safavi-Naeini, "Simulation and Evaluation of an mm-Wave MIMO Ground-Based SAR Imaging System for Displacement Monitoring," in 2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS, 2021, pp. 8213-8216. [DOI:10.1109/IGARSS47720.2021.9553347]
15. [15] J. F. Penner and D. G. Long, "Ground-based 3D radar imaging of trees using a 2D synthetic aperture," Electronics, vol. 6, no. 1, p. 11, 2017. [DOI:10.3390/electronics6010011]
16. [16] J. Fortuny-Guasch, "A fast and accurate far-field pseudopolar format radar imaging algorithm," IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 47, no. 4, pp. 1187-1196, 2009. [DOI:10.1109/TGRS.2008.2007908]
17. [17] M. E. Yanik, D. Wang, and M. Torlak, "Development and Demonstration of MIMO-SAR mmWave Imaging Testbeds," IEEE Access, vol. 8, pp. 126019-126038, 2020. [DOI:10.1109/ACCESS.2020.3007877]
18. [18] L. Zou and M. Sato, "An Efficient and Accurate Gb-SAR Imaging Algorithm Based on the Fractional Fourier Transform," IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 57, no. 11, pp. 9081-9089, Nov. 2019. [DOI:10.1109/TGRS.2019.2924803]
19. [19] W. Feng, J. M. Friedt, G. Nico, and M. Sato, "3-D ground-based imaging radar based on C-band cross-MIMO array and tensor compressive sensing," IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., vol. 16, no. 10, pp. 1585-1589, Oct. 2019. [DOI:10.1109/LGRS.2019.2906077]
20. [20] M. Pieraccini, N. Rojhani, and L. Miccinesi, "Compressive sensing for ground based synthetic aperture radar," Remote Sens., vol. 10, no. 12, p. 1960, 2018. [DOI:10.3390/rs10121960]
21. [21] B. Hosseiny and J. Amini, "Evaluation of a Signal Processing Algorithm in a Ground-Based SAR System in Simulated Environment," ISSGE, vol. 8, no. 2, pp. 189-198, Dec. 2018.
22. [22] B. Hosseiny, J. Amini, and S. Safavi-Naeini, "Evaluating the deformation monitoring capability of a ground based SAR system with MIMO antenna," Eng. J. Geospatial Inf. Technol., vol. 9, no. 1, pp. 21-40, 2021. [DOI:10.52547/jgit.9.1.21]
23. [23] J. M. Lopez-Sanchez and J. Fortuny-Guasch, "3-D radar imaging using range migration techniques," IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 48, no. 5, pp. 728-737, May 2000. [DOI:10.1109/8.855491]
24. [24] M. Soumekh, Synthetic aperture radar signal processing, vol. 7. New York: Wiley, 1999.
25. [25] X. Mao, X. He, and D. Li, "Knowledge-Aided 2-D autofocus for spotlight SAR range migration algorithm imagery," IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 56, no. 9, pp. 5458-5470, Sep. 2018. [DOI:10.1109/TGRS.2018.2817507]
26. [26] E. Yigit, S. Demirci, C. Ozdemir, and M. Tekbas, "Short-range ground-based synthetic aperture radar imaging: performance comparison between frequency-wavenumber migration and back-projection algorithms," J. Appl. Remote Sens., vol. 7, no. 1, p. 73483, 2013. [DOI:10.1117/1.JRS.7.073483]
27. [27] Y. Lim and S. Nam, "Target-to-Clutter Ratio Enhancement of Images in Through-the-Wall Radar Using a Radiation Pattern-Based Delayed-Sum Algorithm," J. Electromagn. Eng. Sci., vol. 14, no. 4, pp. 405-410, Dec. 2014. [DOI:10.5515/JKIEES.2014.14.4.405]
28. [28] D. Massonnet, J.-C. Souyris, and J.-C. Souyris, Synthetic Aperture Radar Imaging. EFPL Press, 2008. [DOI:10.1201/9781439808139]
29. [29] M. A. Richards, J. Scheer, W. A. Holm, and W. L. Melvin, Principles of modern radar. Citeseer, 2010. [DOI:10.1049/SBRA021E]


XML   English Abstract   Print



بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.
دوره 10، شماره 1 - ( 3-1401 ) برگشت به فهرست نسخه ها