Sıkıştırılmış algılama tabanlı yüksek çözünürlüklü radar streç işleme

Abstract

Streç işleme(Sİ) yüksek menzil çözünürlüğü sağlarken Analog Dijital Çevirici(ADÇ)oranını düşürüp, geniş bantlı sinyalleri dar bantlı alıcılar ve teknikler kullanarakişleyen bir darbe sıkıştırma tekniğidir. Geniş bantlı sinyallerin yüksek menzilçözünürlüğü, sınırlı bir menzil penceresi aralığı boyunca incelenip, analog tabandageri rampa işleminin yapılması ile elde edilir. Streç işleme, yüksek bant genişliklidalga formlarının sinyal işlemesi için orta seviyede veri oranı sunmaktadır. Ayrıca,streç işleme her ne kadar yüksek menzil çözünürlüğü sunsa da, sahnedeki hedeflerinhız bilgisinin eksikliği durumunda frekans kaymaları oluşabilir ve buna bağlı olarakda menzil bilgisinde belirsizliklere neden olabilmektedir. Çözünürlük seviyesikorunarak, menzil bilgisine ilaveten hız bilgisinin de kestiriminin yapılabilmesi içindarbe Doppler yönteminin streç işleme yöntemi ile birlikte kullanılmalıdır.Streç işleme örnekleme oranını düşürürken, yüksek veri toplama periyodununartmasına neden olmaktadır. Dolayısıyla, ötüş sinyalinin demodülasyon sonrasındakizaman bant genişliği çarpımı yaklaşık olarak sabittir. Bu nedenle streç işleme tamanlamıyla bir sıkıştırma tekniği olarak düşünülemez. Bunun yanında, incelenenpencere aralığındaki hedef uzayı seyrekse, Sıkıştırılmış Algılama(SA) ölçüm sayısınıbüyük ölçüde azaltmak ve seyrek sahneler için hem darbe Doppler hem de streç işlemenin genel uygulamalarında kullanılan Fourier tabanı gibi bilinen bir taban ilehedefleri seyrek şekilde geri oluşturmada kullanılan çok önemli bir araçtır. Her nekadar klasik sıkıştırılmış algılama yöntemleri ele alınan probleme doğrudanuygulanabilirse de, sıkıştırılmış algılama tabanlı geri oluşturulmalar hedeflerin ızgaradışında olmasıyla oluşan model uyuşmazlıklardan bir hayli etkilenmektedir. Modeluyuşmazlığı problemine çözüm olarak menzil veya Dopplerde ızgara dışında olanhedeflerde gürbüz olan seyreklik tabanlı yinelemeli parametre uyarlayan tekniğin Sİiçin kullanılması önerilmiştir. Sunulan bu algoritma, incelenen sahnelerdeki ızgara dışıhedeflerin Doppler ve menzil parametrelerini gradyan azaltma yoluyla kestirenyinelemeli bir algoritmadır. Gerçek ve geri oluşturulan sahneler arasındaki hatayıhesaplamak için, Earth Mover's Mesafesi(EMM) metriği kullanılmıştır. Önerilentekniğin performansı, klasik streç işleme ve sıkıştırılmış algılama tekniklerininperformansları ile farklı sinyal gürültü oranı, sinyal kargaşa oranı, seyreklik seviyesive kullanılan ölçümün yüzdeleri için karşılaştırılmıştır. Hedeflerin ızgara dışındaolduğu farklı simülasyon sahneleri için, sunulan yöntemin aynı veri oranında klasikstreç işleme ve sıkıştırılmış algılama yöntemlerine karşı oldukça gürbüz ve yüksekçözünürlüklü geri oluşturma sonuçları sunduğu gözlemlenmiştir.

Stretch Processing(SP) is a pulse compression technique that processes largebandwidth signals with narrowband receivers; using lower rate Analog to DigitalConverters(ADC) while obtaining high-range resolution. The range resolution of thelarge bandwidth signal is obtained through looking into a limited range window, andby deramping in the analogue domain. Stretch processing offer moderate data rate forsignal processing for high bandwidth waveforms. Besides frequency shift occurs incase of insufficient information about velocities of targets in the scene even thoughstretch processing provides high range resolution and this may cause ambiguity in theobserved ranges. Therefore, it is proposed to use pulse-Doppler technique with Stretchprocessing in order to estimate velocity of targets in additional to range informationby protecting the range resolution level.While stretch processing decreaces the sampling rate, it causes the increment of datacollection period. Thus time-bandwidth product of demodulated chirp signal is almostfixed and stretch processing could not be considered as a compression method. Besidesif the target space in the observed range window is sparse, Compressive sensing(CS)is an important tool to further decrease the number of measurements and sparsely reconstruct the target space for sparse scenes with a known basis which is the Fourierbasis in the general application of both pulse Doppler and stretch processing. Althoughclassical compressive sensed techniques might be directly applied to this problem,compressive sensing based reconstructions are highly effected by model mismatchessuch as targets that are offgrid. In order to overcome model mismatch problem, asparsity based iterative parameter perturbation technique for stretch processing that isrobust to targets off-the-grid in range or Doppler is proposed. Earth Mover'sDistance(EMD) metric is used to measure the error between actual and reconstructedscenes. Performance analyses of proposed technique is compared with classical stretchprocessing and compressive sensing techniques in terms of data rate, sparsity levels,signal-noise ratio(SNR), and signal-clutter ratio(SCR). It is shown through simulationscenes consisting of off-grid targets that the proposed technique offer robust and highresolution reconstructions for the same data rate compared to classical stretchprocessing and compressive sensing techniques.