ارائه یک رویکردی نوین در شبیه‌سازی و تحلیل خطای نشانه‌روی پرتو آنتن رادار دهانه مصنوعی فضاپایه

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 3، دوره 16، شماره 61، خرداد 1404، صفحه 49-62   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مهدی شامخ؛ روزبه حمزه ئیان^* ؛ نجمه چراغی‌شیرازی؛ عبدالرسول قاسمی

دانشکده مهندسی برق- واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران

چکیده

از آنجایی که اکثر سیستم­های رادارِ­ دهانه مصنوعی فضاپایه در تفکیک تصاویر، دقتی کمتر از یک متر دارند، پردازش بسیار دقیق داده­های رادارِ­ دهانه مصنوعی جهت تولید تصاویری با دقت تفکیک بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله، روش­هایی برای مدل­سازی و شبیه­سازی واقعی سیستم رادار دهانه مصنوعی فضاپایه ارائه شده و همچنین داده‌های خام به­دست آمده است. برای شبیه­سازی و مدل­سازی، مشخصات اصلی سیستم رادارِ دهانه مصنوعی ماهواره واقعی منعکس شده که مربوط به حالت/دینامیک سنسور، مشاهده هدف، الگوهای پرتو آنتن، خطاهای نشانه­روی پرتو آنتن و تولید داده­های خام است. آنالیزها بر اساس شبیه­سازی انجام شده اثر بخشی روش­های ارائه شده را نشان داده است. در شبیه­سازی، روش ارائه شده خطاهای فازی القا شده توسط خطاهای نشانه­روی پرتو آنتن را جبران­سازی می­کند. نتایج متمرکزسازی داده­های خام، مقدار محاسبه شده دقت تفکیک بُرد مایل برابر 89/1 متر و مقادیر میانگین دقت تفکیک بُرد مایل اندازه­گیری شده، نسبت لوب بیشینه به لوب کناری (PSLR) و نسبت لوب اصلی به تجمیع لوب­های کناری (ISLR) برای فرکانس نرخ بازجویی (IRF) نقطه­ای وزن­دار نشده در تصویر متمرکز شده به­ترتیب، در حدود 94/1 متر، 57/13 دسیبل و 26/10- دسیبل بود. مقدار محاسبه شده دقت تفکیک آزیموت برابر 24/2 متر و مقادیر میانگین دقت تفکیک آزیموت اندازه­گیری شده، PSLR و ISLR برای IRFهای هدف نقطه­ای وزن­دار نشده به­ترتیب در حدود 29/2 متر، 57/12- دسیبل و 68/9- دسیبل بود. این نتایج اثر بخشی روش­های ارائه شده را نشان می­دهند. به عبارت دیگر عملکرد تشکیل تصویر رادارِ دهانه مصنوعی فضاپایه با استفاده از روش ارائه شده برای داده­های خام بسیار خوب است، به­طوری که تأثیرات مختلف القا شده از سنسور رادارِ دهانه مصنوعی واقعی منعکس می­شود. بنابراین این نتایج، روش­های پیشنهادی برای تشکیل تصویر رادارِ دهانه مصنوعی فضاپایه را تائید می­کند.

کلیدواژه‌ها

تصویر رادار دهانه مصنوعی؛ سیستم رادارِ‌ دهانه مصنوعی فضاپایه؛ مدل‌سازی و شبیه‌سازی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

1784-Extended Abstract-new.pdf

مراجع

[1] Y. Zhang, D. Zhu, Y. Mao, X. Yu, J. Zhang, Y. Li, "Multirotors video synthetic aperture radar: System development and signal processing", IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, vol. 35, no. 12, pp. 32-43, Dec. 2020 (doi: 10.1109/MAES.2020.3000318).

[2] R. Feger, A. Haderer, A. Stelzer, "Experimental verification of a 77-GHz synthetic aperture radar system for automotive applications", Proceeding of the IEEE/ICMIM, pp. 111-114, Mar. 2017 (doi: 10.1109/IC­MI­M.20­17.7918869).

[3] F. Fembacher, F.B. Khalid, G. Balazs, D.T. Nugraha, A. Roger, "Real-time synthetic aperture radar for automotive embedded systems", Proceeding of the IEEE/EuRAD, pp. 517-520, Madrid, Spain Sept. 2018 (doi: 10.23919/EuRAD.2018.8546620).

[4] I. Cumming, F.H. Wong, "Digital processing of synthetic aperture radar data, algorithms and impleme­ntation", Ed. Norwood, Massachusetts: Artech House, 2005.

[5] S.H. Shim, Y.M. Ro, "Practical synthetic aperture radar image formation based on realistic spaceborne synthetic aperture radar modeling and simulation", Journal of Applied Remote Sensing, vol. 7, no. 1, Jan. 2013 (doi: 10.1117/1.jrs.7.073494).

[6] M.A. Fouad, A. Azouz, A.A. Mashaly, A.E. Abdalla, "SAR image formation enhancement using effec­ti­ve velocity estimation method", Proceeding of the ASAT, vol. 19, no. 19, pp. 1-9, Cairo, Egypt, April 2021 (doi: 10.1088/1757-899X/1172/1/012012).

[7] F. Nunziata, A. Buono, M. Migliaccio, G. Benassai, D.D. Luccio, "Shoreline erosion of microtidal beaches examined with UAV and remote sensing techniques", Proceeding of the IEEE/IWMSLMSHPMS, pp. 162-166, Bari, Italy, Oct. 2018 (doi: 10.1109/MetroSea.2018.8657843).

[8] Z. Li, D. Su, H. Zhu, W. Li, F. Zhang, R. Li, "A fast synthetic aperture radar raw data simulation using cloud computing", Sensors, vol. 17, no. 1, Article Number: 113, 2017 (doi: 10.3390/s17010113).

[9] C. S. Ku, K. S. Chen, P. C. Chang, Y. L. Chang, "Imaging simulation for synthetic aperture radar: A full-wave approach", Remote Sensing, vol. 10,no. 9, Article Number: 1404, 2018 (doi: 10.3390/rs10091404).

[10] L. Yang, "Efficient High-Speed Strip-Mode SAR Raw Signal Simulator of Extended Scene Included Static and Moving Targets", Progress In Electromagnetics Research, vol. 86, pp. 125-134, 2019 (doi: 10.2528/PIERM19080901).

[11] Z. Guo, Z. Fu, J. Chang, L. Wu, N. Li, "A Novel High-Squint Spotlight SAR Raw Data Simulation Scheme in 2-D Frequency Domain", Remote Sensing, vol. 14,no. 3, Article Number: 651, 2022 (doi: 10.3390/rs14030651).

[12] R. Li, J. Li, "Precise simulation of spaceborne synthetic aperture radar and its evaluation", In IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, pp. IV - 1304-IV - 1307, 2008 (doi: 10.1109/IGARSS.2008.4779970).

[13] L. Feng, C. S. Li, H. P. Xu, "Data simulation system of distributed spaceborne SAR", In IEEE Asian-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar, pp. 373–377, 2009 (doi: 10.1109/APSAR.2009.5374336).

[14] C. Zhu, Z. Xiang, K. Wang, X. Liu, "A two-level simulator for spaceborne SAR", In IEEE Asian- Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar, pp. 369–372, 2009 (doi: 10.1109/APSAR.2009.5374339).

[15] O. Dogan, M. Kartal, "Efficient stripmap-mode SAR raw data simulation including platform angular deviations", IEEE Geoscience Remote Sensing Letters, vol. 8, no. 4, pp. 784–788, 2011 (doi: 10.1109/LGRS.2011.2112633).

[16] M. Schlutz, "Synthetic Aperture Radar Imaging Simulated in MATLAB", San Luis Obispo, CA: California Polytechnic State University San Luis Obispo California, Master's Thesis, 2007 (doi: 10.15368/th­eses.20­09.106).

[17] P. R. Mason, "MATLAB Simulation of Two-Dimensional SAR Imaging By Range Doppler Algorithm", San Luis Obispo, CA: California Polytechnic State University San Luis Obispo California, Master's Thesis, 2007.

[18] D. Feng, D. An, X. Huang, Y. Li, "A phase calibration method based on phase gradient autofocus for airborne holographic SAR imaging", IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 16,no. 12, pp. 1864-1868, 2019 (doi: 10.1109/LGRS.2019.2911932).

[19] D.E. Wahl, P.H. Eichel, D.C. Ghiglia, C.V. Jakowatz, "Phase gradient autofocus—a robust tool for high resolution SAR phase correction", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 30, no. 3, pp. 827–835, 1994 (doi: 10.1109/7.303752).

[20] S.Y. Kim, N.H. Myung, M.J. Kang, "Antenna mask design for sar performance optimization", IEEE Geoscience Remote Sensing Letters, vol. 6, no. 3,pp. 443–447, July 2009 (doi: 10.1109/LGRS­.2009.­2016­3­5­6).

[21] M. Stangl, R. Werninghaus, B. Schweizer, C. Fischer, M. Brandfass, J. Mittermayer, H. Breit, "TerraSAR-X technologies and first results", Proceeding of Institution of Engineering and Technology-Radar, Sonar Navig., vol. 153, no. 2, pp. 86–95, Apr. 2006 (doi: 10.1049/ip-rsn:20045119).

[22] J. Chen, B. Liang, J. Zhang, D.G. Yang, Y. Deng, M. Xing, "Efficiency and robustness improvement of airborne SAR motion compensation with high resolution and wide swath", IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 19, pp. 1-5, Oct. 2020 (doi: 10.1109/LGRS.2020.3031304).

[23] Y. Miao, J. Wu, J. Yang, "Azimuth migration-corrected phase gradient autofocus for bistatic SAR polar format imaging", IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 18, no. 4, pp. 697-701, May 2020 (doi: 10.1109/LGRS.2020.2984909).

[24] Y. Ji, Z. Dong, Y. Zhang, Q. Zhang, B. Yao, "Extended scintillation phase gradient autofocus in future spaceborne P-band SAR mission", Science China Information Sciences, vol. 64, no. 11, pp. 1-17, Oct. 2021 (doi: 0.1007/s11432-019-2797-4).

[25] Y. Ren, S. Tang, Q. Dong, G. Sun, P. Guo, C. Jiang, J. Han, L. Zhang, "An improved spatially variant MOCO approach based on an MDA for high-resolution UAV SAR imaging with large measurement errors", Remote Sensing, vol. 14, no. 11, Article Number: 2670, June 2022 (doi: 10.3390/rs14112670).

[26] V.A. Chobotov, "Orbital considerations for space-based radar, Chapter 2 in space-based radar handbook", Artech House, pp. 47–82, 1989.

[27] T.C. Cheston, J. Frank, "Phased array radar antennas, Chapter 7 in radar handbook", 2^th Edition, McGraw-Hill, pp. 7.1–7.36, 1990.

[28] G.D. Martino, A. Iodice, D. Poreh, D. Riccio, "Pol-SARAS: A fully polarimetric SAR raw signal simulator for extended soil surfaces", IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, vol. 56, no. 4, pp. 2233-2247, April 2018 (doi: 10.1109/TGRS.2017.2777606).