Near-field high resolution sar imaging and RCS calculation with continuous wave or pulse signals

Abstract

Bu çalışmada, yakın-alan/uzak-alan ölçüm verileri ile yüksek çözünürlüklü Yapay Açıklıklı Radar (YAR) görüntüleme ve Radar Kesit Alanı (RKA) hesabı için birçok algoritma geliştirilmiştir. Bu algoritmalar üç türden radar sinyal tipleri için tasarlanmıştır. Bunlar, Basamak Frekanslı Sürekli Dalga (BFSD), Basamak Frekanslı Darbe (BFD) ve Cıvıltı işaretleridir. Bu çalışmada tanıtılan algoritmalar genel olarak üç aşamaya sahiptir. Bunlardan ilki yüksek çözünürlüklü menzil profili hesabıdır. İkincisi, yakın-alan/uzak-alan ölçümler ile YAR görüntülemedir. Sonuncusu ise, saçılma merkezi çıkartımı ve RKA hesabıdır. İlk aşamada, geliştirilen yeni algoritmalar ile örneklenmiş sinyallere Matris Demet Metodu (MDM)'nu uygulayarak BSFD, BFD ve Cıvıltı işaretlerinin menzil çözünürlüğü önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Ortaya konulan bu algoritmalar menzil çözünürlüğünü bant genişliğinden bağımsız hale getirmektedir. Aynı aşamada, menzil-Doppler etkileşimini telafi etmek için bir algoritma bu çalışmada literatürde ilk kez tanıtılmıştır. Bu algoritma darbe genişliğinden bağımsız şekilde yüksek Doppler çözünürlüğü sağlamaktadır. Bu sayede, menzil profillerindeki Doppler bozulması etkin şekilde azaltılmaktadır. İkinci aşamada tanıtılan özgün algoritmalarda ise YAR görüntüleri oluşturulmaktadır. Bu görüntüler hem çapraz-menzil hem de menzilde yüksek çözünürlüğe sahiptir. Öyle ki, açısal genişliğin çapraz-menzil üzerindeki etkisi azaltılmıştır. Son aşamada, öncelikle saçılma merkezi öznitelikleri YAR görüntülerinden çıkartılmış ve ardından yakın-alanda RKA hesabı için kullanılmıştır. Bu sayede, RKA ölçümleri için gerekli olan uzak-alan şartı hafifletilmiştir. Benzetim ve ölçüm sonuçları, geliştirilen bu algoritmaların etkinliğini göstermektedir.

In this work, algorithms for high resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging and Radar Cross Section (RCS) calculation with near-field/far-field measurements have been developed. These algorithms have been designed for three types of radar signals. These are Stepped Frequency Continuous Wave (SFCW), Stepped Frequency Pulse (SFP), and Chirp signals. These algorithms have mainly three stages. The first one is the calculation of range profiles with high resolution. The second one is the SAR image reconstruction with near-field/far-field measurements. The last one is the scattering center extraction and RCS calculation. In the first stage, the traditional range resolutions of SFCW, SFP, and chirp SAR have been improved significantly by applying the Matrix Pencil Method (MPM) to the sampled signals. The resulting algorithms make the range resolution independent of the bandwidth. In the same stage, another algorithm has been introduced in this work for the first time in the literature to compensate the Range-Doppler Coupling. This yields high resolution Doppler frequency estimation that does not depend on the pulse duration. Thus, the Doppler distortion in the range profiles can be reduced efficiently by using this algorithm. In the second stage, high resolution SAR images have been reconstructed by introducing some novel algorithms. These images have super resolution in both cross-range and range directions. Such that the relationship between the angular extent and cross-range resolution have been alleviated efficiently. In the last stage, first the scattering center features have been extracted from the SAR images and then used for the RCS calculation in the near-field. Thus, the far-field requirement in the RCS measurements is alleviated with this work. The simulation and measurement results show the efficacy of the developed algorithms.