Measurement geometry, signal models and agorithms for radio image recovery in synthesized aperture radars using continuous LFM signals

Даниїл Ковальчук; Ольга Жила

doi:10.30837/0135-1710.2025.187.299

Автор(и)

Даниїл Ковальчук Державний науково-дослідний інститут технологій кібербезпеки та захисту інформації, Україна https://orcid.org/0009-0007-6847-6610
Ольга Жила Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0002-6888-8953

DOI:

https://doi.org/10.30837/0135-1710.2025.187.299

Ключові слова:

геометрія вимірювань, пеленгація, координатне визначення, тривимірна модель, радіовимірювальна система

Анотація

У статті проаналізовано методи формування радіолокаційних зображень поверхні, що отримані за допомогою радара із синтезованою апертурою (РСА) з безперервним зондувальним ЛЧМ‑сигналом. Становить інтерес визначення основних алгоритмічних операцій, що виконуються над "сирими" даними після їх реєстрації в приймачах. У роботі розглянуто геометрію вимірювань, зондувальний сигнал і особливості формування "сирих" даних, що визначатимуть подальше оброблення. Для порівняння якості роботи різних алгоритмів запропоновано імітаційну модель формування радіолокаційних зображень в РСА з обробленням безперервних ЛЧМ-сигналів. Мета дослідження – створити універсальну геометричну основу для побудови ефективних вимірювальних схем і алгоритмів оброблення сигналів у радіотехнічних системах. Завдання роботи передбачають: 1) формалізацію задачі визначення координат за результатами пеленгаційних вимірювань; 2) побудову математичної моделі взаємного розташування об’єктів у тривимірному просторі; 3) визначення впливу геометричних факторів на точність вимірювання; 4) аналіз варіантів одноразового й багаторазового спостереження. Досягнуті результати дають змогу встановити аналітичний зв’язок між параметрами вимірювання та конфігурацією просторової сцени, що забезпечує підвищення точності координатного визначення. Перспективи застосування: результати можуть бути використані для підвищення ефективності навігаційних, розвідувальних і моніторингових систем, а також у задачах супроводу рухомих об’єктів і побудови систем ситуаційної обізнаності.

Біографії авторів

Даниїл Ковальчук, Державний науково-дослідний інститут технологій кібербезпеки та захисту інформації

PhD, провідний інженер науково-дослідного центру

Ольга Жила, Харківський національний університет радіоелектроніки

кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри вищої математики

Посилання

Accepted for publication (Прийня Jancco-Chara, J., Palomino-Quispe, F., Coaquira-Castillo, R. J., Herrera-Levano, J. C., Florez, R. (2024), "Doppler Factor in the Omega-k Algorithm for Pulsed and Continuous Wave Synthetic Aperture Radar Raw Data Processing", Applied Sciences, Vol. 14, P. 320. DOI: https://doi.org/10.3390/app14010320

Ulaby, F. T., Moore, R. K., Fung, A. K. (1986), Microwave Remote Sensing: Active and Passive, Vol. II, ARTECH House, Norwood, Massachusetts, P. 583–595.

Curlander, J. C., McDonough, R. N. (1991), Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing, John Wiley & Sons, New York.

Elachi, C. (1988), Spaceborne Radar Remote Sensing: Applications and Techniques, IEEE Press, New York.

Chara, J. J., Palomino-Quispe, F., Coaquira-Castillo, R. J., Clemente-Arenas, M. (2020), "Omega-k Algorithm Implementation for Linear Frequency Modulated-Continuous Wave SAR Signal Processing", IEEE INTERCON 2020, Lima, Peru, P. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/INTERCON50315.2020.9220195

Volosyuk, V., Zhyla, S. (2022), "Statistical Theory of Optimal Functionally Deterministic Signals Processing in Multichannel Aerospace Imaging Radar Systems", Computation, Vol. 10, P. 213. DOI: https://doi.org/10.3390/computation10120213

Volosyuk, V., Zhyla, S. (2022), "Statistical Theory of Optimal Stochastic Signals Processing in Multichannel Aerospace Imaging Radar Systems", Computation, Vol. 10, P. 224. DOI: https://doi.org/10.3390/computation10120224

Stringham, C., Long, D. G., Wicks, B., Ramsey, G. (2011), "Digital Receiver Design for an Offset IF LFM-CW SAR", IEEE RadarCon 2011, Kansas City, USA, P. 960–964. DOI: https://doi.org/10.1109/RADAR.2011.5960678

Aguasca, A., Acevo-Herrera, R., Broquetas, A., Mallorqui, J. J., Fabregas, X. (2013), "ARBRES: Light-Weight CW/FM SAR Sensors for Small UAVs", Sensors, Vol. 13, P. 3204–3216. DOI: https://doi.org/10.3390/s130303204

Mencia-Oliva, B., Grajal, J., Yeste-Ojeda, O. A., Rubio-Cidre, G., Badolato, A. (2013), "Low-Cost CW-LFM Radar Sensor at 100 GHz", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 61, No. 2, P. 986–998. DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2012.2235457

Cumming, I. G., Neo, Y. L., Wong, F. H. (2003), "Interpretations of the Omega-K Algorithm and Comparisons with Other Algorithms", IGARSS 2003, Toulouse, France, P. 1455–1458. DOI: https://doi.org/10.1109/IGARSS.2003.1294142

Stolt, R. H. (1978), "Migration by Transform", Geophysics, Vol. 43, No. 1, P. 23–48.

Chun, J. H., Jacowitz, C. A. (1981), "Fundamentals of Frequency Domain Migration", Geophysics, Vol. 46, P. 717–733.

Cafforio, C., Prati, C., Rocca, F. (1991), "SAR Data Focusing Using Seismic Migration Techniques", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 27, No. 2, P. 194–207.

Subiza, B., Gimeno-Nieves, E., Lopez-Sanchez, J. M., Fortuny-Guasch, J. (2003), "An Approach to SAR Imaging by Means of Non-Uniform FFTs", IGARSS 2003, Toulouse, France, Vol. 6, P. 4089–4091. DOI: https://doi.org/10.1109/IGARSS.2003.1295371

Guo, S., Dong, X. (2016), "Modified Omega-K Algorithm for Ground-Based FMCW SAR Imaging", ICSP 2016, Chengdu, China, P. 1647–1650. DOI: https://doi.org/10.1109/ICSP.2016.7878107

Zaugg, E. C., Long, D. G. (2008), "Theory and Application of Motion Compensation for LFM-CW SAR", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 46, No. 10, P. 2990–2998. DOI: https://doi.org/10.1109/TGRS.2008.921958

Mittermayer, J., Moreira, A., Loffeld, O. (1999), "Spotlight SAR Data Processing Using the Frequency Scaling Algorithm", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 37, No. 5, P. 2198–2214.

Mittermayer, J. (2002), "The Frequency Scaling Algorithm and Interferometric Spotlight SAR Processing", Aerospace Science and Technology, Vol. 6, No. 2, P. 147–158. DOI: https://doi.org/10.1016/S1270-9638(02)01149-5

Guo, Y., Wang, P., Men, Z., Chen, J., Zhou, X., He, T., Cui, L. (2023), "A Modified Range Doppler Algorithm for High-Squint SAR Data Imaging", Remote Sensing, Vol. 15, P. 4200. DOI: https://doi.org/10.3390/rs15174200

Raney, R. K., Runge, H., Bamler, R., Cumming, I. G., Wong, F. H. (1994), "Precision SAR Processing Using Chirp Scaling", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 32, No. 4, P. 786–799. DOI: https://doi.org/10.1109/36.298008

Jiang, Z., Huang, F., Wan, J., Cheng, Z. (2007), "Modified Frequency Scaling Algorithm for FMCW SAR Data Processing", Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 20, No. 4, P. 339–345. DOI: https://doi.org/10.1016/S1000-9361(07)60053-3

Zheng, J., Cheng, J.-Y., Chen, C.-H. (2008), "A Modified Frequency Scaling Algorithm for Missile-Borne SAR Imaging", IITA 2008, Shanghai, China, P. 337–341. DOI: https://doi.org/10.1109/IITA.2008.315