СНИЖЕНИЕ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ РСА-ИЗОБРАЖЕНИЯ МЕТОДОМ КОМПАРИРОВАНИЯ

February 19, 2013 by admin Комментировать »

Гламаздин В. В., Скресанов В. Н., Лукин К. А. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры,12, г. Харьков, 61085, Украина тел.:(057) 720-34-55, e-mail: valery@ire.kharl<ov.ua

Аннотация – Экспериментально апробирован новый метод обработки радиолокационных изображений (РЛИ), получаемых цифровыми радиолокаторами синтезированной апертуры (РСА), обеспечивающий снижение уровня боковых лепестков (УБЛ) цели при сохранении ширины отклика, характерной для РЛИ, синтезированных с единичным антенным окном. Метод основан на синтезе и последующей нелинейной обработке двух РЛИ, получаемых из одного и того же массива данных: РЛИ с низким УБЛ, и РЛИ с «провалом» сигнала по направлению на цель. Дано описание алгоритма компарирования. Приведен пример РЛИ, полученного обработкой данных шумового РСА.

I.                                       Введение

Рис. 1. Компарированное (а) и единичное (Ь) РЛИ.

Общепринятым методом снижения УБЛ в цифровых РСА является линейная весовая обработка сигнала (антенные окна), предшествующая процедуре сжатия по азимуту [1]. Сложение сигналов с единичной весовой функцией даёт минимальную ширину главного лепестка, однако УБЛ оказывается высоким. Спадающие амплитудные распределения снижают УБЛ, но расширяют главный лепесток.

В антенной технике известны также нелинейные методы снижения УБЛ, основанные на компарирова- нии сигналов с выходов антенн, имеющих различные диаграммы направленности [2]. Такая же идея использована авторами [3], предложившими алгоритм снижения УБЛ в цифровых РСА. Алгоритм [3] уменьшает все боковые лепестки РЛИ с единичным антенным окном, за искпючением первого.

Недавно мы предложили метод нелинейной обработки сигналов РСА, свободный от этого ограничения [4]. Теоретически было показано, что может быть снижен уровень всех боковых лепестков, при сохранении ширины отклика характерного для единичного окна. В данной работе впервые представлены экспериментальные результаты, подтвердившие этот вывод. Эксперимент был выполнен с помощью импульсного шумового РСА Xдиапазона [5].

II.                               Основная часть

Также как и в работе [6] физической антенной РСА является рупор, движущийся по дуге окружности радиусом Rc в плоскости XOY параллельной плоскости земли (радиолокационная сцена). РСА установлен над землёй на высоте Z = 12 м (окно здания). При движении ось рупора остаётся параллельной оси ОУ. Координата рупора описывается углом φη· В каждой позиции рупора φη, п=0,1,2,,,,, N излучается пачка зондирующих радиоимпульсов со случайной частотной модуляцией несущей fc гетеродина передатчика. Каждый зондирующий импульс S (t), равно как и порождаемый им эхосигнал Р (t) после сдвига вниз на частоту /Ь гетеродина приёмника и аналого-цифрового преобразования (АЦП) фиксируется в запоминающем устройстве компьютера с периодом дискретизации Ат.

На рис.1 представлены результаты синтеза РЛИ в соответствии со следующим алгоритмом. Сжатие по дальности на первом этапе обработки состояло в вычислении корреляционных функций для п-х позиций рупора. В каждом импульсе S (t) берётся выборка из т отсчётов АЦП и с помощью преобразования Гильберта строится аналитический опорный сигнал \S (t). Эхосигнал Р (t) дополнительной обработке не подвергается. Корреляционную функцию эхосигнала от каждого импульса вычисляем как [1]:

где IVI {■} – среднее значение выборки. Корреляционная функция эхосигнала пачки импульсов κ„^{τ) есть

сумма корреляционных функций Кп(т).

Fig. 1. NW-SAR image: (а) – after Congruence Method applied; (b) – no additional processing applied

На втором этапе вычисляются исходные комплексные РЛИ G (X, Y, Z), а именно, осуществляется сжатие по азимуту и фокусировка синтезированной антенны на точки сцены с текущими координатами (X У, Z). В зависимости от значений параметров (а, β, μ) антенного окна А (Un) получаем РЛИ Go (X, Y, Z) с низким уровнем боковых лепестков, либо РЛИ Gs (X, Y, Z) с провалом сигнала по направлению на цель Г41. Расчёты ведём по формулам:

I де с — скорос ι ь све ι а,

– расстояние от

центра синтезированной апертуры до точки (X У, Ζ)]

-расстояние от п-й позиции рупора до точки (X, У, Ζ):

Наконец, на третьем этапе из двух РЛИ Go (X, Y, Z) и Gs (X, У, Z), получаем третье компарированое РЛИ Gc(X, У, Z) в соответствии с алгоритмом:

где j – мнимая единица, а и Ь – положительные действительные числа. Компарированное РЛИ Gc на рис. 1 сравнивается с РЛИ G^c окном /\ξ1. Наблюдаем радикальное снижение боковых лепестков от элементов крыши здания и, как следствие, обнаружение малоразмерных целей на земле. Квадратом выделен участок сцены, азимутальные профили Gc и G-1 которого приведены на рис 2. Снижение боковых лепестков в компарированном РЛИ Gc происходит без расширения главного лепестка.

Рис. 2. Профили уголкового отражателя по азимуту.

Fig. 2. Anguiar scatter azimuth profiie

III.                                   Заключение

Разработан и экспериментально апробирован метод нелинейной обработки РСА изображений, значительно снижающий уровень боковых лепестков. Ширина отклика от целей, характерная для РЛИ с единичным антенным окном, сохраняется.

IV.                            Список литературы

[1]  Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / Под ред. В. Т. Горяинова. – М.: Радио и Связь, 1988. – 304 с.

[2]  Фрадин А. 3. Антенно-фидерные устройства. – М.: Связь, 1977.-440 с.

[3]  Stankwitz Н. С., Dallaire R. J., Fienup J. R. Nonlinear Apodiza- tion for Sidelobe Control in SAR Imagery. IEEE Trans, on Aerospace and Electron. System.,1995, vol.31, no.1, pp.1267-279.

[4]  Гламаздин В. В., Лукин Κ. А., Скресанов В. Н. Улучшение основных характеристик синтезированных диаграмм направленности методом компарирования. Радиофизика и электроника.-Харьков: Ин-т радиофизики и электрон.

НАН Украины.-2005.-10, № 1. – С.77-84.

[5]  Lukin К. А. Noise Radar Technology: the Principles and Short Overview. Applied Radio Electronics, vol. 4,

no. 1,2005, pp. 4-13.

[6]  Lukin K. A., Mogyla A. A., Suprun D. Yu. High Resolution SAR on the Basis of Pulsed Noise Waveform, Pros, of EUSAR 2004, vol. 2, 25-27 May, 2004, Neu-Ulm, Germany, pp. 683.

CONGRUENCE METHOD FOR SIDELOBE CONTROL IN SAR IMAGES

Glamazdin V. V., Skresanov V. N., Lukin K. A.

A.        Usiiiov institute of Radio Physics and Electronics Nationai Academy of Sciences of Ui<raine 12 Ai<ademil<a Prosi<ury St., Khari<iv, 61085, Ui<.raine

Abstract – A new method for nonlinear processing of synthetic aperture radar (SAR) images is experimentally approved. The method was suggested in [4] and is based on nonlinear processing of two different SAR images generated from the same raw data. One of these images is SAR image with low sidelobes while the second one has «array blindness» at the target direction. The method essentially suppresses impulse response sidelobes with no mainlobe widening. Description of the processing algorithm is given. SAR images generated using Noise Waveform SAR [5] are presented.

I.                                         Introduction

A bright point target in the scene is represented at the image as Sine function. Sidelobes in SAR image have been traditionally reduced using amplitude weighting function for the data prior to the Fourier transform [1]. However, the lower sidelobes have been achieved at the expense of the mainlobe width which determines the ultimate resolution both in range and azimuth.

Non-linear methods for suppressing of antenna pattern sidelobes are known from antenna theory [2]. They are based on congruence of antenna patterns obtained from its two outputs. Similar technique (dual apodization) for sidelobes reduction in SAR images is suggested in [3]. The apodization term is used to distinguish proposed method from the known linear weighting one. Dual apodization reduces distant sidelobes, but does not change the nearest ones.

Recently we have suggested a new nonlinear processing method, which doesn’t have this restriction, and called it as SAR image Comparison Method [4]. The method is based on nonlinear logical congruence of two SAR images. The images were generated using the raw data acquired from the same SAR trajectory via weighing procedure using appropriate antenna windows. It was theoretically shown, that the congruence algorithm enables increasing its azimuth resolution, reducing sidelobes and expanding dynamic range of target detection compared with conventional procedure using Dolf-Chebyshev weighting windows. In the present paper we have approved our theoretical results experimentally.

II.                                        Main part

First we have generated two SAR images: (1) SAR image Go (X, Y, Z) with low level of sidelobes and (2) SAR image Gs (X, Y, Z) with the «array blindness» at the target direction. Secondly the SAR image congruence was applied according to the following algorithm [4]:

Fig. 1. shows nonlinear SAR image comparison method applied to a 50 cm resolution NW-SAR image [5,6]. The scene contains building with coordinates along OX axis from 39 m up to 56 m, and along 0У axis: from 60 m up to 120 m. The bottom image (b) was processed using SAR image congruence method while the top image (a) uses uniform weighting. We have noticed radical decrease of sidelobes from the roof of the building and, as consequence, detected small targets on the ground.

Fig. 2. shows azimuth profile of bright point target. Sidelobes decreasing in the congruence method profile occurs without expansion of the mainlobe.

III.                                       Conclusion

The method for nonlinear processing SAR images considerably lowering sidelobes is suggested and experimentally approved. The width of a bright point target response is better than for the uniform weighting method.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты