Phase History Decomposition for Efficient Scatterer Classification in SAR Imagery

A new theory and algorithm for scatterer classification in SAR imagery is presented. The automated classification process is operationally efficient compared to existing image segmentation methods requiring human supervision. The algorithm reconstructs coarse resolution subimages from subdomains of the SAR phase history. It analyzes local peaks in the subimages to determine locations and geometric shapes of scatterers in the scene. Scatterer locations are indicated by the presence of a stable peak in all subimages for a given subaperture, while scatterer shapes are indicated by changes in pixel intensity. A new multi-peak model is developed from physical models of electromagnetic scattering to predict how pixel intensities behave for different scatterer shapes. The algorithm uses a least squares classifier to match observed pixel behavior to the model. Classification accuracy improves with increasing fractional bandwidth and is subject to the high-frequency and wide-aperture approximations of the multi-peak model. For superior computational efficiency, an integrated fast SAR imaging technique is developed to combine the coarse resolution subimages into a final SAR image having fine resolution. Finally, classification results are overlaid on the SAR image so that analysts can deduce the significance of the scatterer shape information within the image context

Signal Subspace Processing in the Beam Space of a True Time Delay Beamformer Bank

A number of techniques for Radio Frequency (RF) source location for wide bandwidth signals have been described that utilize coherent signal subspace processing, but often suffer from limitations such as the requirement for preliminary source location estimation, the need to apply the technique iteratively, computational expense or others. This dissertation examines a method that performs subspace processing of the data from a bank of true time delay beamformers. The spatial diversity of the beamformer bank alleviates the need for a preliminary estimate while simultaneously reducing the dimensionality of subsequent signal subspace processing resulting in computational efficiency. The pointing direction of the true time delay beams is independent of frequency, which results in a mapping from element space to beam space that is wide bandwidth in nature. This dissertation reviews previous methods, introduces the present method, presents simulation results that demonstrate the assertions, discusses an analysis of performance in relation to the Cramer-Rao Lower Bound (CRLB) with various levels of noise in the system, and discusses computational efficiency. One limitation of the method is that in practice it may be appropriate for systems that can tolerate a limited field of view. The application of Electronic Intelligence is one such application. This application is discussed as one that is appropriate for a method exhibiting high resolution of very wide bandwidth closely spaced sources and often does not require a wide field of view. In relation to system applications, this dissertation also discusses practical employment of the novel method in terms of antenna elements, arrays, platforms, engagement geometries, and other parameters. The true time delay beam space method is shown through modeling and simulation to be capable of resolving closely spaced very wideband sources over a relevant field of view in a single algorithmic pass, requiring no course preliminary estimation, and exhibiting low computational expense superior to many previous wideband coherent integration techniques

Signal Subspace Processing in the Beam Space of a True Time Delay Beamformer Bank

A number of techniques for Radio Frequency (RF) source location for wide bandwidth signals have been described that utilize coherent signal subspace processing, but often suffer from limitations such as the requirement for preliminary source location estimation, the need to apply the technique iteratively, computational expense or others. This dissertation examines a method that performs subspace processing of the data from a bank of true time delay beamformers. The spatial diversity of the beamformer bank alleviates the need for a preliminary estimate while simultaneously reducing the dimensionality of subsequent signal subspace processing resulting in computational efficiency. The pointing direction of the true time delay beams is independent of frequency, which results in a mapping from element space to beam space that is wide bandwidth in nature. This dissertation reviews previous methods, introduces the present method, presents simulation results that demonstrate the assertions, discusses an analysis of performance in relation to the Cramer-Rao Lower Bound (CRLB) with various levels of noise in the system, and discusses computational efficiency. One limitation of the method is that in practice it may be appropriate for systems that can tolerate a limited field of view. The application of Electronic Intelligence is one such application. This application is discussed as one that is appropriate for a method exhibiting high resolution of very wide bandwidth closely spaced sources and often does not require a wide field of view. In relation to system applications, this dissertation also discusses practical employment of the novel method in terms of antenna elements, arrays, platforms, engagement geometries, and other parameters. The true time delay beam space method is shown through modeling and simulation to be capable of resolving closely spaced very wideband sources over a relevant field of view in a single algorithmic pass, requiring no course preliminary estimation, and exhibiting low computational expense superior to many previous wideband coherent integration techniques

Aeronautical engineering: A continuing bibliography with indexes (supplement 295)

This bibliography lists 581 reports, articles, and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System in Sep. 1993. Subject coverage includes: design, construction and testing of aircraft and aircraft engines; aircraft components, equipment, and systems; ground support systems; and theoretical and applied aspects of aerodynamics and general fluid dynamics

Maritime Moving Target Detection, Tracking and Geocoding Using Range-Compressed Airborne Radar Data

Eine regelmäßige und großflächige überwachung des Schiffsverkehrs gewinnt zunehmend an Bedeutung, vor allem auch um maritime Gefahrenlagen und illegale Aktivitäten rechtzeitig zu erkennen. Heutzutage werden dafür überwiegend das automatische Identifikationssystem (AIS) und stationäre Radarstationen an den Küsten eingesetzt. Luft- und weltraumgestützte Radarsensoren, die unabhängig vom Wetter und Tageslicht Daten liefern, können die vorgenannten Systeme sehr gut ergänzen. So können sie beispielsweise Schiffe detektieren, die nicht mit AIS-Transpondern ausgestattet sind oder die sich außerhalb der Reichweite der stationären AIS- und Radarstationen befinden. Luftgestützte Radarsensoren ermöglichen eine quasi-kontinuierliche Beobachtung von räumlich begrenzten Gebieten. Im Gegensatz dazu bieten weltraumgestützte Radare eine große räumliche Abdeckung, haben aber den Nachteil einer geringeren temporalen Abdeckung. In dieser Dissertation wird ein umfassendes Konzept für die Verarbeitung von Radardaten für die Schiffsverkehr-überwachung mit luftgestützten Radarsensoren vorgestellt. Die Hauptkomponenten dieses Konzepts sind die Detektion, das Tracking, die Geokodierung, die Bildgebung und die Fusion mit AIS-Daten. Im Rahmen der Dissertation wurden neuartige Algorithmen für die ersten drei Komponenten entwickelt. Die Algorithmen sind so aufgebaut, dass sie sich prinzipiell für zukünftige Echtzeitanwendungen eignen, die eine Verarbeitung an Bord der Radarplattform erfordern. Darüber hinaus eignen sich die Algorithmen auch für beliebige, nicht-lineare Flugpfade der Radarplattform. Sie sind auch robust gegenüber Lagewinkeländerungen, die während der Datenerfassung aufgrund von Luftturbulenzen jederzeit auftreten können. Die für die Untersuchungen verwendeten Daten sind ausschließlich entfernungskomprimierte Radardaten. Da das Signal-Rausch-Verhältnis von Flugzeugradar-Daten im Allgemeinen sehr hoch ist, benötigen die neuentwickelten Algorithmen keine vollständig fokussierten Radarbilder. Dies reduziert die Gesamtverarbeitungszeit erheblich und ebnet den Weg für zukünftige Echtzeitanwendungen. Der entwickelte neuartige Schiffsdetektor arbeitet direkt im Entfernungs-Doppler-Bereich mit sehr kurzen kohärenten Verarbeitungsintervallen (CPIs) der entfernungskomprimierten Radardaten. Aufgrund der sehr kurzen CPIs werden die detektierten Ziele im Dopplerbereich fokussiert abgebildet. Wenn sich die Schiffe zusätzlich mit einer bestimmten Radialgeschwindigkeit bewegen, werden ihre Signale aus dem Clutter-Bereich hinausgeschoben. Dies erhöht das Verhältnis von Signal- zu Clutter-Energie und verbessert somit die Detektierbarkeit. Die Genauigkeit der Detektion hängt stark von der Qualität der von der Meeresoberfläche rückgestreuten Radardaten ab, die für die Schätzung der Clutter-Statistik verwendet werden. Diese wird benötigt, um einen Detektions-Schwellenwert für eine konstante Fehlalarmrate (CFAR) abzuleiten und die Anzahl der Fehlalarme niedrig zu halten. Daher umfasst der vorgeschlagene Detektor auch eine neuartige Methode zur automatischen Extraktion von Trainingsdaten für die Statistikschätzung sowie geeignete Ozean-Clutter-Modelle. Da es sich bei Schiffen um ausgedehnte Ziele handelt, die in hochauflösenden Radardaten mehr als eine Auflösungszelle belegen, werden nach der Detektion mehrere von einem Ziel stammende Pixel zu einem physischen Objekten zusammengefasst, das dann in aufeinanderfolgenden CPIs mit Hilfe eines Bewegungsmodells und eines neuen Mehrzielverfolgungs-Algorithmus (Multi-Target Tracking) getrackt wird. Während des Trackings werden falsche Zielspuren und Geisterzielspuren automatisch erkannt und durch ein leistungsfähiges datenbankbasiertes Track-Management-System terminiert. Die Zielspuren im Entfernungs-Doppler-Bereich werden geokodiert bzw. auf den Boden projiziert, nachdem die Einfallswinkel (DOA) aller Track-Punkte geschätzt wurden. Es werden verschiedene Methoden zur Schätzung der DOA-Winkel für ausgedehnte Ziele vorgeschlagen und anhand von echten Radardaten, die Signale von echten Schiffen beinhalten, bewertet

Two-dimensional multivariate parametric models for radar applications-Part I: Maximum-entropy extensions for Toeplitz-block matrices

Copyright © 2008 IEEEIn a series of two papers, a new class of parametric models for two-dimensional multivariate (matrix-valued, space-time) adaptive processing is introduced. This class is based on the maximum-entropy extension and/or completion of partially specified matrix-valued Hermitian covariance matrices in both the space and time dimensions. This first paper considers the more restricted class of Toeplitz Hermitian covariance matrices that model stationary clutter. If the clutter is stationary only in time then we deal with a Toeplitz-block matrix, whereas clutter that is stationary in time and space is described by a Toeplitz-block-Toeplitz matrix. We first derive exact expressions for this new class of 2-D models that act as approximations for the unknown true covariance matrix. Second, we propose suboptimal (but computationally simpler) relaxed 2-D time-varying autoregressive models (ldquorelaxationsrdquo) that directly use the non-Toeplitz Hermitian sample covariance matrix. The high efficiency of these parametric models is illustrated by simulation results using true ground-clutter covariance matrices provided by the DARPA KASSPER Dataset 1, which is a trusted phenomenological airborne radar model, and a complementary AFRL dataset.Yuri I. Abramovich, Ben A. Johnson, and Nicholas K. Spence

Advanced Geoscience Remote Sensing

Nowadays, advanced remote sensing technology plays tremendous roles to build a quantitative and comprehensive understanding of how the Earth system operates. The advanced remote sensing technology is also used widely to monitor and survey the natural disasters and man-made pollution. Besides, telecommunication is considered as precise advanced remote sensing technology tool. Indeed precise usages of remote sensing and telecommunication without a comprehensive understanding of mathematics and physics. This book has three parts (i) microwave remote sensing applications, (ii) nuclear, geophysics and telecommunication; and (iii) environment remote sensing investigations