Extension of Wavenumber Domain Focusing for spotlight COSMO-SkyMed SAR Data

In this work we describe a method to handle curved orbits in wavenumber domain focusing algorithm for high-resolution SAR data acquired by Low Earth Orbit satellites using spotlight mode. The stand..

An improved airborne multichannel SAR imaging method with motion compensation and range-variant channel mismatch correction

To obtain a high-resolution and wide-swath image, the azimuth multichannel technique has been widely used in synthetic aperture radar (SAR) systems to overcome the contradiction between the wide swath and high pulse repetition frequency. For a high image quality, channel mismatch correction is an essential step in the multichannel SAR data imaging. However, in the case of airborne multichannel SAR, motion errors will severely degrade the performance of channel mismatch correction. To deal with this problem, this article proposes an improved airborne multichannel SAR imaging method with motion compensation, and range-variant channel mismatch correction. First, motion errors are compensated based on resampling and phase compensation. Then, the time-delay and constant gain-phase errors between channels are estimated and corrected, followed by the range-variant phase error correction based on a novel range-down-sampling method, which reduces the influence of motion errors on the channel mismatch correction significantly. Finally, simulated and real data processing results are used to demonstrate the effectiveness of the proposed method

Motion Compensation for Near-Range Synthetic Aperture Radar Applications

The work focuses on the analysis of influences of motion errors on near-range SAR applications and design of specific motion measuring and compensation algorithms. First, a novel metric to determine the optimum antenna beamwidth is proposed. Then, a comprehensive investigation of influences of motion errors on the SAR image is provided. On this ground, new algorithms for motion measuring and compensation using low cost inertial measurement units (IMU) are developed and successfully demonstrated

Monostatic Airborne Synthetic Aperture Radar Using Commercial WiMAX Transceivers In the License-exempt Spectrum

The past half-century witnessed an evolution of synthetic aperture radar (SAR). Boosted by digital signal processing (DSP), a variety of SAR imaging algorithms have been developed, in which the wavenumber domain algorithm is mature for airborne SAR and independent of signal waveforms. Apart from the algorithm development, there is a growing interest in how to acquire the raw data of targets’ echoes before the DSP for SAR imaging in a cost-effective way. For the data acquisition, various studies over the past 15 years have shed light on utilizing the signal generated from the ubiquitous broadband wireless technology – orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). However, the purpose of this thesis is to enable commercial OFDM-based wireless systems to work as an airborne SAR sensor. The unlicensed devices of Worldwide interoperability for Microwave Access (WiMAX) are the first option, owing to their accessibility, similarity and economy. This dissertation first demonstrates the feasibility of applying WiMAX to SAR by discussing their similar features. Despite the similarities they share, the compatibility of the two technologies is undermined by a series of problems resulted from WiMAX transceiver mechanisms and industrial rules for radiated power. In order to directly apply commercial WiMAX base station transceivers in unlicensed band to airborne SAR application, we propose a radio-frequency (RF) front design together with a signal processing means. To be specific, a double-pole, double-throw (DPDT) switch is inserted between an antenna and two WiMAX transceivers for generating pulsed signal. By simulations, the transmitted power of the SAR sensor is lower than 0dBm, while its imaging range can be over 10km for targets with relatively large radar cross section (RCS), such as a ship. Its range resolution is 9.6m whereas its cross-range resolution is finer than 1m. Equipped with the multi-mode, this SAR sensor is further enhanced to satisfy the requirements of diversified SAR applications. For example, the width of the scan-mode SAR’s range swath is 2.1km, over five times the width of other modes. Vital developed Matlab code is given in Appendix D, and its correctness is shown by comparing with the image of chirped SAR. To summarize, the significance of this dissertation is to propose, for the first time, a design of directly leveraging commercial OFDM-based systems for airborne SAR imaging. Compared with existing designs of airborne SAR, it is a promising low-cost solution

Ground moving target indication with synthetic aperture radars for maritime surveillance

The explosive growth of shipping traffic all over the World, with around three quarters of the total trade goods and crude oil transported by sea, has raised newly emerging concerns (economical, ecological, social and geopolitical). Geo-information (location and speed) of ocean-going vessels is crucial in the maritime framework, playing a key role in the related environmental monitoring, fisheries management and maritime/coastal security. In this scenario space-based synthetic aperture radar (SAR) remote sensing is a potential tool for globally monitoring the oceans and seas, providing two-dimensional high-resolution imaging capabilities in all-day and all-weather conditions. The combination of ground moving target indication (GMTI) modes with multichannel spaceborne SAR systems represents a powerful apparatus for surveillance of maritime activities. The level of readiness of such a technology for road traffic monitoring is still low, and for the marine scenario is even less mature. Some of the current space-based SAR missions include an experimental GMTI mode with reduced detection capabilities, especially for small and slow moving targets. In this framework, this doctoral dissertation focuses on the study and analysis of the GMTI limitations of current state-of-the-art SAR missions when operating over maritime scenarios and the proposal of novel and optimal multichannel SAR-GMTI architectures, providing subclutter visibility of small (reduced reflectivity) slow moving vessels. This doctoral activity carries out a transversal analysis embracing system-architecture proposal and optimization, processing strategies assessment, performance evaluation, sea/ocean clutter characterization and adequate calibration methodologies suggestion. Firstly, the scarce availability of multichannel SAR-GMTI raw data and the related restrictions to access it have raised the need to implement flexible simulation tools for SAR-GMTI performance evaluation and mission. These simulation tools allow the comparative study and evaluation of the SAR-GMTI mode operated with current SAR missions, showing the reduced ability of these missions to detect small and slow boats in subclutter visibility. Improved performance is achieved with the new multichannel architecture based on non-uniformly distributed receivers (with external deployable antennas), setting the ground for future SAR-GMTI mission development. Some experimental multichannel SAR-GMTI data sets over the sea and acquired with two instruments, airborne F-SAR and spaceborne TerraSAR-X (TSX) platforms, have been processed to evaluate their detection capabilities as well as the adequate processing strategies (including channel balancing). This doctoral activity presents also a preliminary characterization of the sea clutter returns imaged by the spaceborne TSX instrument in a three-level basis, i.e., radiometric, statistical and polarimetric descriptions using experimental polarimetric data. This study has shown that the system-dependent limitations, such as thermal noise and temporal decorrelation, play a key role in the appropriate interpretation of the data and so should be properly included in the physical backscattering models of the sea. Current and most of the upcoming SAR missions are based on active phase array antennas (APAA) technology for the operation of multiple modes of acquisitions. The related calibration is a complex procedure due to the high number of different beams to be operated. Alternative internal calibration methodologies have been proposed and analyzed in the frame of this doctoral thesis. These approaches improved the radiometric calibration performance compared to the conventional ones. The presented formulation of the system errors as well as the proposed alternative strategies set the path to extrapolate the analysis for multichannel SAR systems.L'increment continu del tràfic marítim arreu del món, amb gairebé tres quartes parts del total de mercaderies i cru transportats per mar, porta associats uns impactes canviants a nivell econòmic, ambiental, social i geopolític. La geo-informació (localització i velocitat) dels vaixells té un paper fonamental en el monitoratge ambiental, la gestió de la pesca i la seguretat marítima/costanera. Els radars d'obertura sintètica (SAR, sigles en anglès) embarcats en satèl·lits són una eina molt potent per al monitoratge global dels oceans i dels mars, gràcies a la seva capacitat de generar imatges d'alta resolució amb independència de les condicions meteorològiques i de la llum solar. La detecció de blancs mòbils terrestres (GMTI, sigles en anglès) combinada amb sistemes multicanal SAR és fonamental per a la vigilància de les activitats marítimes. El nivell de maduresa d'aquesta tecnologia per monitorar tràfic rodat és baix, però per al cas marítim encara ho és més. Algunes missions SAR orbitals inclouen el mode GMTI, però amb unes capacitats de detecció reduïdes, especialment per a blancs petits i lents. En aquest marc, la tesi doctoral es centra en l'estudi i anàlisi de les limitacions GMTI dels actuals sistemes SAR operant en entorns marítims, proposant noves configuracions SAR-GMTI multicanal optimitzades per a la detecció de vaixells petits (emmascarats pels retrons radar del mar) i que es mouen lentament. La present dissertació doctoral du a terme un estudi transversal que abasta des de la proposta i optimització de sistemes/configuracions, passant per l'avaluació de les tècniques de processat, fins a l'estudi del rendiment de la missió, caracterització del mar i la valoració de noves metodologies de calibratge. En primer terme, diverses eines de simulació flexibles s'han implementat per poder avaluar les capacitats GMTI de diferents missions tenint en compte la poca disponibilitat de dades multicanal SAR-GMTI. Aquests simuladors permeten l'estudi comparatiu de les capacitats GMTI de les missions SAR orbitals actuals, demostrant les seves reduïdes opcions per identificar vaixells emmascarats pels retorns del mar. En el marc de l'activitat de recerca s'han processat dades experimentals SAR-GMTI multicanal de sistemes aeris (F-SAR) i orbitals (TerraSAR-X), per tal d'avaluar les seves capacitats de detecció de blancs mòbils sobre entorns marítims, proposant les estratègies de processat i calibratge més adients. Com a part de l'activitat de recerca doctoral, s'ha portat a terme una caracterització preliminar dels retorns radar del mar adquirits amb el sensor orbital TerraSAR-X, amb tres nivells d'anàlisi (radiomètric, estadístic i polarimètric). Aquest estudi demostra que aspectes com el soroll tèrmic i la decorrelació temporal, dependents del propi sensor i de l'entorn dinàmic del mar, poden limitar la correcta interpretació de les dades, i per tant, s'han d'incloure en els models físics dels mecanismes de dispersió del mar. Les missions SAR tant actuals com futures es basen en l'explotació de la tecnologia de les agrupacions d'antenes de fase activa (APAA) per operar diferents modes d'adquisició. El procés de calibratge associat és molt complex atès el gran nombre de feixos que es poden utilitzar. En el marc de la tesi doctoral s'han proposat i avaluat metodologies alternatives de calibratge intern per aquests sistemes, amb un millor rendiment en comparació amb les tècniques convencionals. Aquestes estratègies de calibratge, juntament amb la corresponent formulació dels errors de sistema, estableixen les bases per a l'estudi i avaluació en sistemes multicanal SA

Efficient SAR MTI simulator of marine scenes

Tècniques de detecció de moviment amb radars d'apertura sintètica multicanals sobre escenaris marítims.[ANGLÈS] Multichannel spaceborne and airborne synthetic aperture radars (SAR) offer the opportunity to monitor maritime traffic through specially designed instruments and applying a suitable signal processing in order to reject sea surface clutter. These processing techniques are known as Moving Target Indication techniques (MTI) and the choice of the most adequate method depends on the radar system and operating environment. In maritime scenes the seas presents a complicated clutter whose temporal/spatial coherence models and background reflectivity depends on a large number of factors and are still subject of research. Moreover the targets kinematics are influenced by the sea conditions, producing in some situations high alterations in the imaged target. These aspects make difficult the detectability analysis of vessels in maritime scenarios, requiring both theoretical models and numerical simulations. This thesis looks into the few available MTI techniques and deals experimentally with them in a developed simulator for maritime SAR images. The results are also presented in a image format, giving the sequence for one trial simulation and the asymptotic probability of detection for the simulated conditions.[CASTELLÀ] Los radares de apertura sintética (SAR) multicanal a bordo de satélites o plataformas aerotransportadas ofrecen la oportunidad de monitorizar el tráfico marítimo a través de instrumentos especialmente diseñados y procesando los datos recibidos de forma adecuada para rechazar la señal provocada por la reflexión del mar. A estas técnicas se las conoce como Moving Target Indication techniques (MTI) y la elección de la más adecuada depende del sistema y del entorno de aplicación. En escenarios marinos, el mar presenta un clutter complicado de modelar, cuya coherencia espacio-temporal y reflectividad radar dependen de un gran número de factores que hoy en día todavía siguen siendo investigados. Por otra parte los parámetros dinámicos del target estan influenciados por las condiciones del mar, produciendo en algunas situaciones graves alteraciones en la formación de la imagen. Estos aspectos dificultan el análisis de la detección de las embarcaciones, requiriendo modelos teóricos y simulaciones numéricas. Este Proyecto Final de Carrera investiga las técnicas MTI disponibles, aplicándolas sobre las imágenes marítimas generadas por un simulador SAR. Los resultados son la generación de los productos MTI en formato imagen y el cálculo de la probabilidad de detección para cada target.[CATALÀ] Els radars d'obertura sintètica (SAR) multicanal embarcats en satèl·lits o plataformes aerotransportades ofereixen l'oportunitat de monitoritzar el tràfic marítim a través d'instruments especialment dissenyats i processant les dades rebudes de forma adequada per rebutjar la senyal provocada per la reflexió del mar. A aquestes tècniques se les coneix com Moving Target indication techniques (MTI) i l'elecció de la més adequada depèn del sistema i de l'entorn d'aplicació. En escenaris marins, el mar presenta un clutter complicat de modelar, la coherència espai-temporal i reflectivitat radar depenen d'un gran nombre de factors que avui dia encara segueixen sent investigats. D'altra banda els paràmetres dinàmics del target estan influenciats per les condicions de la mar, produint en algunes situacions greus alteracions en la formació de la imatge. Aquests aspectes dificulten l'anàlisi de la detecció de les embarcacions, requerint models teòrics i simulacions numèriques. Aquest Projecte Final de Carrera investiga les tècniques MTI disponibles, aplicant-les sobre les imatges marítimes generades per un simulador SAR. Els resultats són la generació dels productes MTI en format imatge i el càlcul de la probabilitat asimptòtica de detecció per a cada target

Evaluación de las capacidades interferométricas y polarimétricas de los datos adquiridos por el Instrumento Aerotransportado SARAT (banda-L)

Tesis (Magister en aplicaciones de información espacial)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2020.Maestría conjunta entre FAMAF y el Instituto de Altos Estudios Espaciales "Mario Gulich" CONAE/UNC.En este trabajo de tesis, se presentan algunos resultados obtenidos a través del procesamiento de datos adquiridos por sistema argentino de banda L SARAT. SARAT es un sistema aerotransportado que se desarrolló como un primer paso conceptual hacia el diseño de la misión satelital argentina de banda L Satélite Argentino de Observación Con Microondas (SAOCOM)-1A. En particular, se muestran algunos estudios relevantes con el enfoque de los datos, como así también con respecto a las capacidades interferométricas y polarimétricas del sistema. El conjunto de datos aquí utilizado, el cual abarca un área ubicada en la provincia de Córdoba Argentina, fue proporcionado a través de un acuerdo con la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE).In this thesis work, some results obtained through the processing of data acquired by the Argentinian L-band SARAT system are presented. SARAT is an airborne system that was developed as a first conceptual step toward the design of the Argentinian L- Band satellite mission SAOCOM-1A. In particular, some relevant studies to the data focusing, as well as with respect to the interferometric and polarimetric capabilities of the SARAT system are hereby shown. The considered dataset, relevant to an area located in the province of Cordoba, Argentina has been provided by the National Commission of Space Activities of Argentina (in its Spanish acronym CONAE).publishedVersionFil: Roa, Yenni Lorena Belén. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.Fil: Roa, Yenni Lorena Belén. Comisión Nacional de Actividades Espaciales. Instituto de Altos Estudios Espaciales Mario Gulich; Argentina

Radar Imaging in Challenging Scenarios from Smart and Flexible Platforms

undefine