Yapay açıklıklı radar (SAR) ile görüntü oluşturma - Gürmen, Gülhan (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2003)
Uzaktan algılama ve görüntüleme maksadıyla uzun yıllardır kullanılan bir mikrodalga sistemi olan Yapay Açıklıklı Radarlar (SAR) her konumda hedef bölgesinden elde edilen işaretlerin eş-fazlı olarak toplanması prensibi ile çalışmaktadırlar. Son yıllarda yüksek çözünürlüklü SAR görüntüleme sistemleri hareketsiz (sabit) yer hedeflerinin görüntülenmesinde başarı ile kullanılmaktadırlar. Günümüzde ise, gözetim (surveillance) sistemleri için oldukça önemli olan hareketli hedeflerin görüntülenmesi ve tamamlanması çok geniş bir inceleme alam bulmaktadır. SAR sistemleri ile oluşturulan görüntünün istenilen çözünürlükte elde edilebilmesi ölçülen işarete doğru faz düzeltmesi yapılarak eş-fazlı olarak toplanmasına bağlıdır. Bu faz farklılıkları radar antenini taşıyan platformun hareketinden ve eğer hedef hareketli ise hedefin hareketinden kaynaklanmaktadır. Genellikle ölçüm sistemini taşıyan platformun hareketi daha önceden bilindiğinden bu faz farklılıklarına hedefin hareketi sebep olmaktadır. SAR sistemi ile hedef arasındaki bağıl hareketin miktarı bilinmeden veya tespit edilen bu bağıl hareket miktarı ölçülen işarete faz düzeltmesi şeklinde uygulanmadan görüntü oluşturulmaya çalışılırsa oluşturulacak görüntüde bozulmalar ve kaymalar olacaktır. Hedef hareketinden kaynaklanan alman işaretteki faz kaymaları doğrudan hedefin yerdeğiştirme ve dönme hareketleri cinsinden ifade edilip alman işaretin fazından çıkartılırsa bu faz değişimleri düzeltilebilir. Bu durumda sistem durağan bir hedef için görüntüleme geometrisine eşdeğer hale gelir. Bu işlemlerin gerçeklenebilmesi için ilk adım radar ile hedef arasındaki bağıl yerdeğiştirme hareketinin kestirilip etkisinin yok edilmesi ile başlar. Bu çalışmada, hareketli hedeflerin her iki boyutta ters frekans dönüşümüne dayalı klasik Fourier metodlanndan Kutupsal Biçimde Görüntü Oluşturma ve İki Boyutlu Eş (Uyumlu) Filtre Vasıtasıyla Görüntü Oluşturma metodlarıyla görüntülenmesine çalışılmıştır. Hedef hareket bilgisinin İki Antenli Bilgi Toplam Sistemi, Belirsizlik Fonksiyonu ile Hedef Yörüngesinin Belirlenmesi, Alt Yapay Açıklık Yöntemi ile Hedef Hızının Belirlenmesi vb.metodlar kullanılarak tespit edildiği ve hedef ile platform arasındaki bağıl hareketin bilindiği kabul edilmiştir. Bu tez çalışmasında, hedefin hareketinden doğan faz kaymalarının etkisi bu bilinen bağıl hareket bilgisinin Kutupsal Biçimde Görüntü Oluşturma ve İki Boyutlu Eş (Uyumlu) Filtre Vasıtasıyla Görüntü Oluşturma algoritmalarında kullanılmasıyla ortadan kaldırılmıştır. Bu tez çalışmasının ikinci bölümünde, Kutupsal Biçimde Görüntü Oluşturma ve İki Boyutlu Eş (Uyumlu) Filtre Vasıtasıyla Görüntü Oluşturma metodları incelenmiştir. xu Yapay açıklık üzerinde herhangi bir örnekleme aralığında veya darbe tekrarlama süresinde (PRI) radar anteninin incelenen hedef alanım Tp süreli bir p(t) chirp darbesiyle aydınlattığı ve hedeften yansıyan işaretin aynı anten konumundaki alıcı tarafından alındığı kabul edilmiştir. Şekil 1 de gösterilen SAR görüntüleme sistemi için hedefle etkileşimde bulunup yansıyan işaret üzerindeki iki yönlü (gidiş-geliş) faz gecikmesi 2i?n/c'dir. Bu ifadedeki Rn n nci noktasal hedefin radar antenine olan uzaklığını, c ise verici antenden gönderilen elektromagnetik dalganın ortamdaki hızım göstermektedir. SAR sistemim taşıyan platformun ve hedefin yerdeğiştirme miktarlarının bilindiği kabul edilmiştir. Alman işarette bu bilgiler kullanılarak hedef ile platform arasındaki bağıl hareketin neden olduğu faz kaymalarının etkisi ortadan kaldırılmıştır. Alman işarette bu faz kaymalarının etkisi ortadan kaldırıldıktan sonra görüntüleme problemi durağan hedeflerin görüntülenmesi problemine indirgenmiş olmaktadır. Kutupsal Biçimde Görüntü Oluşturma ve İki Boyutlu Eş (Uyumlu) Filtre Vasıtasıyla Görüntü Oluşturma algoritmaları kullanılarak farklı örnekler için görüntüler elde edilmeye çalışılmıştır. Çalışmanın üçüncü bölümünde, farklı örneklere uygulanan Kutupsal Biçimde Görüntü Oluşturma ve İki Boyutlu Eş (Uyumlu) Filtre Vasıtasıyla Görüntü Oluşturma algoritmalarının benzetim sonuçlan gösterilmiştir. Çalışmanın dördüncü bölümünde ise, her iki algoritma ile elde edilen görüntülerin kalitesi birbirileriyle karşılaştırılmış olup bu çalışma ile ilgili olarak elde edilen sonuçlar ve öneriler sunulmuştur. Bu tez çalışmasında, Kutupsal Biçimde Görüntü Oluşturma ve İki Boyutlu Eş (Uyumlu) Filtre Vasıtasıyla Görüntü Oluşturma algoritmaları hedefin hareketinden doğan faz kaymalarını ortadan kaldıracak şekilde modifiye edilmiş fakat hareketli hedeflerin görüntüleri istenen çözünürlükte sadece Kutupsal Biçimde Görüntü Oluşturma algoritmasıyla elde edilebilmiştir. İki Boyutlu Eş (Uyumlu) Filtre Vasıtasıyla Görüntü Oluşturma algoritmasıyla hareketli hedeflerin görüntüleri istenen çözünürlükte elde edilemediğinden bu algoritma hareketsiz (sabit) hedeflerin görüntülenmesinde kullamlmıştır.

Synthetic Aperture Radars (SAR), which has been used for remote sensing and image reconstruction for many years, run with the principle of coherent signal processing of signals collected from target region in all conditions. High resolution SAR imaging systems have been used successfully for rendering motionless (stationary) ground targets in visual images in last years. Nowadays, they also find very wide research area for imaging and defining of the moving targets that are fairly important for surveillance systems. Being able to get the image reconstructed by SAR systems in the desired resolution depends on summing up it as coherent signal by applying the correct phase compensation of the measured signal. These phase differences emerge from movement of the platform carrying radar antenna and movement of target if target is moving. Since movement of the platform carrying radar antenna is already known most of the time, movement of target causes these phase differences. If image reconstruction is tried without knowing the relative movement amount between SAR system and target or without applying this determined relative movement amount to the measured signal as phase compensation, smearing and shifts will emerge on the reconstructed image. These phase differences can be fixed if the phase shiftings in received signal that occurs because of target movement is subtracted from the phase of received signal after it is defined directly in terms of relocation and rotation of target. In this case, system becomes equivalent to imaging geometry for a fixed target. In order to realize this procedure first step starts with removing effects of relative movement between radar and target after it is estimated. In this work, we study the classical Fourier methods of Polar Format Reconstruction and of Two Dimensional Frequency Domain Matched Filtering based on reverse frequency transformation for moving targets in both dimensions. The information about the target's move is considered to be acquired by using methods like Two Antenna Information Acquiring System, Determination of Target's Course by Insignificance Function, and by Subaperture Processing for Velocity Estimation. It is assumed that the relative motion between the platform carrying radar antenna and the target is known. In this thesis study, we remove the effects of phase shiftings caused by target's move by using this known information about relative movement in the algorithms of Polar Format Reconstruction and of Two Dimensional Frequencies Domain Matched Filtering. xv In the second part of this thesis study, we study Polar Format Reconstruction and of Two Dimensional Frequencies Domain Matched Filtering. In any sampling interval on synthetic aperture or in any pulse repetition interval (PRI), it is accepted that the radar antenna illuminates the target area T by a timed chirp pulse p(t), and that the signal reflected from the target is received by a receiver in the exact same location as the illuminating antenna. For the synthetic aperture radar system shown in Figure 1, the round trip phase delay on the signal interacting with and being reflected by the target is 2Rn I c. In this notation, Rn the distance of radar antenna to the n th target point, and c is the speed of electromagnetic wave emitted by transmitter antenna in the environment. It is accepted that the amount of movement of the platform carrying SAR system and the target are known. Using this information, in the received signal, the effects of phase shiftings caused by relative movement between the platform and the target has been eliminated. In the received signal after these effects are eliminated, imaging problem becomes the problem of imaging of a fixed target. We try to acquire views for different samples by using Polar Format Reconstruction and Two Dimensional Frequency Domain Matched Filtering algorithms. In the third part of the study, we present the simulation results of applying Polar Format Reconstruction and Two Dimensional Frequency Domain Matched Filtering on different samples. In the fourth part of the study, we compare the quality of the results obtained by both algorithms, and present the results and recommendations. In this thesis, Polar Format Reconstruction and Two Dimensional Frequency Domain Matched Filtering algorithms are modified in order to eliminate phase shiftings caused by moving of the target but the images of moving targets can be only obtained at the desired resolution by Polar Format Reconstruction algorithm. Two Dimensional Frequency Domain Matched Filtering algorithm is used for imaging of nonmoving targets due to not obtained the images of moving targets at the desired resolution.
Image reconstruction with synthetic aperture radar (SAR)
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2003
Keywords: Radar; Görüntü sistemleri; Tarama sistemleri; Radar; Imaging systems; Scanning systems