مقایسه الگوریتم های پردازش سیگنال به منظور تشکیل تصویر سه بعدی رادار روزنه مصنوعی برای سامانه زمینی در باند میلیمتری

این مقاله به بررسی عملکرد قابلیت تصویربرداری رادارروزنه مصنوعی سه بعدی در سامانه زمینی با طول موج میلیمتری می پردازد. افزایش کاربردهای سنجش از دور راداری و نیاز به داده های متنوع، توجه زیادی را به توسعه سامانه های رادار زمینی جلب کرده است. سامانه های رادارروزنه مصنوعی زمینی (gbsar) دارای زاویه دید مناسب، نرخ تصویربرداری بالا، و هزینه ساخت و نگهداری کم هستند. با این حال، طول روزنه مصنوعی در سامانه های gbsar محدود است و علاوه براین، اختلاف بین برد نزدیک و دور، درمقایسه با سامانه های هوابرد یا ماهواره ای، زیاد است. موارد ذکرشده در سیگنال های دریافتی و درنتیجه کیفیت تصویر نهایی تاثیرگذار هستند. در این مقاله سه الگوریتم پردازش سیگنال بک پروجکشن(bp)، تبدیل فوریه (ft)، و رنج- مایگریشن (rma) برای تشکیل تصویر سه بعدی در سامانه gbsar توسعه پیداکرده و بررسی می شوند. سامانه مورد نظر در باند w فعالیت می کند و از دو ریل افقی و عمودی به منظور ایجاد روزنه مصنوعی بهره می برد. الگوریتم های ذکرشده، توسط دو آزمایش مختلف در محیط شبیه سازی مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرند. همچنین، از چهار معیار تفکیک پذیری زاویه، pslr، islr، و scr جهت ارزیابی و مقایسه نتایج بهره گرفته می شود. طبق نتایج شبیه سازی هر سه الگوریتم نتایج قابل قبولی را در تشکیل تصویر سه بعدی از سیگنال خام بدست آوردند. با مشاهده تصاویر حاصل از الگوریتم rma می توان دریافت که در راستای عمود بر برد با افزایش فاصله هدف از مرکز تصویر، شدت انرژی بازتابی توسط این الگوریتم ضعیف تر از دو الگوریتم دیگر است. علاوه براین، تفکیک پذیری زاویه در الگوریتم rma نسبت به تغییر برد اهداف پایدار است در حالیکه دو الگوریتم دیگر در فواصل نزدیک تفکیک پذیری ضعیفی را به همراه دارند. در بررسی فشرده سازی انرژی سیگنال، تصویر الگوریتم rma نتایج ضعیف تری را به همراه داشت که باعث نتایج نامطلوب این الگوریتم در فواصل دور گردید. دو الگوریتم ft و bp در اکثر موارد نتایج مشابهی را به همراه داشتند که می تواند به علت شباهت در رویکرد هر دو الگوریتم باشد. الگوریتم ft برای سامانه مورد نظر تفکیک پذیری بهتری را به همراه داشت و درحالی که bp عملکرد مناسب تری در فشرده سازی به همراه داشت.

comparison study of signal processing algorithms for 3d sar imaging of mm-wave gbsar system

this paper evaluates and compares the threedimensional imaging algorithms for an mmwave ground based synthetic aperture radar system. there has been significant attention to the development of new groundbased synthetic aperture radar (gbsar) systems by increasing the demands for various radar remote sensing applications and data. gbsar systems have unique capabilities, including optimum visual angle to the area of interest, high imaging rate, and low manufacturing and maintenance costs. however, the drawbacks of gbsar systems can be their limited length of synthetic aperture and high variation between the near and far range comparing to the airborne and satéllite systems. these can affect the received signals and, consequently, the final radar image. to this end, in this paper, three signal processing algorithms, including the backprojection (bp), fourier transform (ft), and range migration (rma), are evaluated for threedimensional sar imaging of a gbsar. this system operates in w frequency band and consists of a twodimensional mechanical rail to generate a planar synthetic aperture. the above algorithm  were investigated in a simulation environment using two different experiments, and the results were evaluated with four metrics, including angular resolution, peak sidelobe ratio (pslr), integrated sidelobe ratio (islr), and signaltoclutter ratio (scr). according to the obtained results, all three algorithms presented acceptable imaging results. however, rma demonstrated a high sensitivity of the target reflectivity to its distance from the zero doppler line. furthermore, rma had more stability in decreasing the angular resolution by increasing the target’s range than the bp and ft algorithms. in contrast, bp and ft obtained poor results in nearfield areas. in the case of signal compression, generally, rma got poor results compared to the other two algorithms, which led to inappropriate results in far distances. because of having a similar attitude, bp and ft, mostly  obtained similar results. however, ft obtained more appealing results with better angular resolution, while the bp algorithm demonstrated slightly better signal compression.