Use of parametric scattering modelling techniques for SAR/ISAR imaging

Abstract

oz YAPAY AĞIZ AÇIKLIKLI RADAR GÖRÜNTÜSÜ OLUŞTURMADA PARAMETRİK SAÇINIM MODELLEME TEKNİKLERİNİN KULLANIMI Sezgin, Sinan Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Gülbin Dural Eylül 1999, 92 sayfa Bu çalışmada, dört çeşit (Ters) Yapay Ağız Açıklıklı Radar (SAR/ISAR) görüntüsü elde etme tekniğinin analizi ve benzetimi ile doğruluk ve hesapsal verimlilik açısından karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. İki boyutlu radar görüntüsü oluşturmanın temelinde cismin saçınım karakteristiMerinin veya merkezlerinin elde edilmesi yatmaktadır. Bu amaçla kullanılabilecek yöntemler genel olarak iki ana gruba ayrılmaktadır. Bunlar Fourier dönüşümünü ve parametrik saçınım modellemeyi kullanan tekniklerdir. Bu tez kapsamında özel olarak bir adet Fourier ve üç adet parametrik modelleme tabanlı yöntem incelenmiştir. Bunlar sırasıyla Ters Hızlı Fourier Dönüşümü (IFFT), Prony, en küçük kareler toplamı (TLS) Prony ve Genellenmiş Fonksiyon Kalemleri (GPOF) yöntemleridir. İncelenen bu yöntemler içindeki GPOF metodu ile ISAR görüntüsü oluşturmak bu çalışmanın özgün katkısıdır. İncelenen bu metodlar beş değişik örnek veriye uygulanmıştır. Örnekler kapsamında tek noktasal saçınım merkezi, iki noktasal saçınım merkezi, saçınımmerkezleri grubu, uçarı bir uçağın gerçek ve yapay radar verileri ile bir uçak modelinin deneysel ölçüm sahasında elde edilmiş ölçüm sonuçlan ele alınmıştır. Anahtar Kelimeler: (Ters) Yapay Ağız Açıklıklı Radar, SAR, ISAR, Saçınım Merkezlerinin ortaya çıkartılması, Prony metodu, Genellenmiş Fonksiyon Kalemleri, Fourier dönüşümü. vı

ABSTRACT USE OF PARAMETRIC SCATTERING MODELLING TECHNIQUES FOR SAR/ISAR IMAGING Sezgin, Sinan M.S., Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Gülbin Dural September 1999, 92 pages In this study, four (Inverse) Synthetic Aperture Radar (SAR/ISAR) image reconstruction techniques are analyzed, simulated, and somehow compared in terms of accuracy and computational efficiency. ISAR image reconstruction basically depends on scattering center extraction that form useful, descriptive feature vectors of a target. Many different algorithms exist to extract scattering centers from a radar return. All these algorithms fall into one of two large categories: Fourier transform and parametric modelling based techniques. Specifically, one Fourier and three model based parametric spectral estimation techniques are considered in the scope of this thesis. These are Inverse Fast Fourier Transform (IFFT), Prony's method, Total Least Squares (TLS) Prony method and the Generalized Pencil of Functions (GPOF) method. Among these methods, the use of the GPOF method in the ISAR image reconstruction is the original contribution of this study. These methods are applied to five different test cases involving image reconstruction from simulated radar data of a single point scatterer, two point scatterers, a group of point scatterers, real and insimulated radar data of a flying aircraft and image formation using the compact range measurements of an aircraft model. Keywords : (Inverse) Synthetic Aperture Radar, SAR, ISAR, scattering center extraction, Prony's method, Generalized Pencil of Functions, Fourier transform. IV