Inverse synthetic aperture radar imaging using a coherent ultrawideband random noise radar system

The University of Nebraska-Lincoln has developed an ultrawideband random noise radar operating over the 1- to 2-GHz frequency range. The system uses the technique of heterodyne correlation, and is thus phase coherent. It has therefore been used in applications such as interferometry, polarimetry, and Doppler estimation. This assesses the performance of this radar as a range-Doppler imaging system, in particular, inverse synthetic aperture radar (ISAR). By performing turntable experiments, we examine a number of issues that arise both from the wideband nature of the radar system and from the randomness of the transmit signal. Although the ultrawideband nature of the signal does yield some ambiguity as to the cross-range resolution of the system, it is seen that one may use the usual equation for cross-range resolution in narrowband systems with reasonable confidence. In addition, the random nature of the transmit waveform gives rise to variations from look to look in the ISAR images. High correlations are obtained for voltage and power amplitudes, while the complex voltage and the phase angle show low correlations from look to look. Finally, we present polarimetric color images of a complex target that captures its polarimetric scattering characteristics, which may be useful in automatic target recognition

Multivariate Copula Approach for Polarimetric Classification in Weather Radar Applications

F.J. Yanovsky, A.N. Rudyakova, and R.B. Sinitsyn, Multivariate Copula Approach for Polarimetric Classification in Weather Radar Applications. 2016 17th International Radar Symposium (IRS) ISBN: 978-1-5090-2517-6, Krakow, May 10-12, 2016, pp. 1-4.The paper presents a multivariate copula approach to identify the dependence between different polarimetric parameters. This approach can be used to develop a new method of invariant polarimetric classification of radar targets. Signals from meteorological target are processed as an example

Multivariate Copula Approach for Polarimetric Classification in Weather Radar Applications

F.J. Yanovsky, A.N. Rudyakova, and R.B. Sinitsyn, Multivariate Copula Approach for Polarimetric Classification in Weather Radar Applications. 2016 17th International Radar Symposium (IRS) ISBN: 978-1-5090-2517-6, Krakow, May 10-12, 2016, pp. 1-4.The paper presents a multivariate copula approach to identify the dependence between different polarimetric parameters. This approach can be used to develop a new method of invariant polarimetric classification of radar targets. Signals from meteorological target are processed as an example

Теоретико–експериментальне обґрунтування шляхів розширення функціональних можливостей метеорологічного радіолокатора та підвищення ефективності виявлення небезпечних метеорологічних явищ за рахунок використання поляризаційних властивостей зондувальних і відбитих сигналів

1. Доведено теоретично і підтверджено експериментально закон монотонної залежності спектральної диференціальної відбиваності від доплерівської частоти у дощі. 2. Теоретично і експериментально отриманий зв'язок нових доплерівсько- поляриметричних параметрів – диференціальної доплерівської швидкості DDV і нахилу спект- ральної диференціальної відбиваності SLP з інтенсивністю турбулентності і параметрами роз- поділу крапель дощу за розміром. 3. Створена концепція багатофункціонального доплерівсько-поляриметричного дистан- ційного зондування метеорологічних об’єктів для отримання інформації про мікроструктуру об’єкта і характеристики вітру в ньому. 4. Розроблена теорія доплерівсько-поляриметричного дистанційного зондування крапе- льних опадів мікрохвильовими радіолокаторами. 5. Розроблені математичні моделі зв'язку доплерівсько-поляриметричних вимірюваних параметрів з характеристиками мікроструктури і параметрами динаміки (вітер, турбулентність) метеорологічних об’єктів з урахуванням інерційності розсіювачів, режиму зондування, харак- теристик радіолокатора, особливостей обробки сигналів. 6. Розроблені нові методи: - дистанційного виявлення зон граду за даними доплерівсько-поляриметричного спосте- реження зони огляду; - дистанційного виявлення зон імовірного обледеніння за даними допплерівсько- поляриметричного спостереження зони огляду; - дистанційного виявлення зон небезпечної турбулентності з оцінкою її інтенсивності за даними доплерівсько-поляриметричного спостереження зони огляду; - автоматичного розпізнавання типу гідрометеорів за даними доплерівсько- поляриметричного дистанційного зондування; - непрямої оцінки ефективності методів і алгоритмів та виконані відповідні оцінки щодо розроблених нових методів. Значимість отриманих наукових результатів зумовлена тим, що вони складають теоре- тико-експериментальну основу створення багатофункціональної когерентно-імпульсної метео- рологічної радіолокаційної системи здатної надавати комплекс необхідної метеорологічної ін- формації для ефективного розв’язання актуальних задач не тільки авіації, але й енергопоста- чання, мореплавства, транспорту, агрокомплексу, рибальства, прогностичних гідрологічних та протиградових служб, радіозв’язку, зокрема супутникового, інших галузей економіки, діяль- ність яких істотно залежить від забезпечення достовірного вимірювання інтенсивності опадів, турбулентності, виявлення зон підвищеної електричної активності та інших небезпечних метеорологічних явищ

Computational polarimetric microwave imaging

We propose a polarimetric microwave imaging technique that exploits recent advances in computational imaging. We utilize a frequency-diverse cavity-backed metasurface, allowing us to demonstrate high-resolution polarimetric imaging using a single transceiver and frequency sweep over the operational microwave bandwidth. The frequency-diverse metasurface imager greatly simplifies the system architecture compared with active arrays and other conventional microwave imaging approaches. We further develop the theoretical framework for computational polarimetric imaging and validate the approach experimentally using a multi-modal leaky cavity. The scalar approximation for the interaction between the radiated waves and the target---often applied in microwave computational imaging schemes---is thus extended to retrieve the susceptibility tensors, and hence providing additional information about the targets. Computational polarimetry has relevance for existing systems in the field that extract polarimetric imagery, and particular for ground observation. A growing number of short-range microwave imaging applications can also notably benefit from computational polarimetry, particularly for imaging objects that are difficult to reconstruct when assuming scalar estimations.Comment: 17 pages, 15 figure

Design, performance, and applications of a coherent ultra-wideband random noise radar

A novel coherent ultra-wideband radar system operating in the 1- to 2-GHz frequency range has been developed recently at the University of Nebraska. The radar system transmits white Gaussian noise. Detection and localization of buried objects is accomplished by correlating the reflected waveform with a time-delayed replica of the transmitted waveform. Broadband dual-polarized log-periodic antennas are used for transmission and reception. A unique signal-processing scheme is used to inject coherence into the system by frequency translation of the ultrawideband signal by a coherent 160-MHz phase-locked source prior to performing heterodyne correlation. The system coherence allows the extraction of a target’s polarimetric amplitude and phase characteristics. This paper describes the unique design features of the radar system, develops the theoretical foundations of noise polarimetry, provides experimental evidence of the polarimetric and resolution capabilities of the system, and demonstrates results obtained in subsurface probing applications

Time-variant TEC estimation with fully polarimetric GEO-SAR data

A time-variant total electron content (TEC) estimation method with fully polarimetric geosynchronous synthetic aperture radar (GEO-SAR) data is proposed based on inner aperture Faraday rotation angle estimation and an accurate TEC inversion model. With a long integration time and sensitivity to ionosphere effects, the fully polarimetric GEO-SAR data are utilised for estimation with high accuracy for both the time-variant TEC and the time interval. Superiority of the proposed method over conventional ionospheric sounding methods is verified by simulation results