ISAR imaging Based on the Empirical Mode Decomposition Time-Frequency Representation

International audienceThis work proposes an adaptation of the Empirical Mode Decomposition Time-Frequency Distribution (EMD-TFD) to non-analytic complex-valued signals. Then, the modified version of EMD-TFD is used in the formation of Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) image. This new method, referred to as NSBEMD-TFD, is obtained by extending the Non uniformly Sampled Bivariate Empirical Mode Decomposition (NSBEMD) to design a filter in the ambiguity domain and to clean the Time-Frequency Distribution (TFD) of signal. The effectiveness of the proposed scheme of ISAR formation is illustrated on synthetic and real signals. The results of our proposed methods are compared to other Time-Frequency Representation (TFR) such as Spectrogram, Wigner-Ville Distribution (WVD), Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution (SPWVD) or others methods based on EMD

Inversion de permittivités d’une structure dièdrique au moyen de la polarimétrie radar

For a monostatic radar, the dihedral arrangementexhibits a strong response compare tobare surface. This phenomenon can be seen in radarimages of urban areas or forestry as building andstreets and trunks and ground are forming such structures.This signature can be modelled with the doublebounce equation as a cascade of Fresnel reflectioncoefficients. These coefficients depend on the permittivitiesof the structures. Finding these permittivitiesfrom the backscattered fields may allowed to identifythe materials involved in the dihedral. Thereforethiscan be applied for default detection, moisture retrievaland classification topics for instance.By modelling the double bounce scattering with Fresnelcoefficients, three methods have been developedto retrieve these permittivities. The first one uses asingle incidence angle and the measurements of copolarisedfields. The last two methods need the measurementof the copolarised fields ratio or of the horizontalelectric field alone at two different incidenceangles. All these methods have been validated, firstnumerically using FEKO RL-GO method, then experimentally,with measurements in anechoic chamber. Atlast, in-situ measurements have been performed on awall corner made of concrete to assess the methodon a real case.Dans la situation d’un radar monostatique la configuration diédrique présente l’avantage de renvoyer un signal fort grâce au mécanisme de double rebond. De plus, il s’agit d’une configuration omniprésente par exemple en zone urbaine, avec des structures rue-bâtiment, ou en forêt, avec des structures de type sol-arbre. Les signaux rétrodiffusés sont donc liés à ces structures, plus précisément aux matériaux les composant, via leurs permittivités diélectriques. Retrouver ces permittivités depuis la mesure des champs rétrodiffusés permettrait l’identification des matériaux de la structure diédrique. Ceci mène à des applications telles que la détection de défauts dans la structure, l’estimation de la teneur en eau des sols ou du béton, ou in fine à des thématiques de classification, pour des objets dans des images radar par exemple, ou de détection de changement. En modélisant le mécanisme de double rebond lié à la structure de dièdre par deux réflexions successives via les coefficients de Fresnel, trois méthodes d’inversion des permittivités ont été mises en place au cours de la thèse. La première, analytique, utilise à un angle d’incidence donné la mesure des champs copolarisés. Les deux autres méthodes, alliant une partie analytique et une partie numérique, nécessitent la mesure, du ratio polarimétrique pour l’une, du champ horizontal pour l’autre, effectuée à deux angles d’incidence différents. Ces méthodes ont été validées numériquement à l’aide de la méthode d’Optique Géométrique fournie par le logiciel FEKO. Des mesures en chambre anéchoique ont été effectuées afin de valider ces méthodes. De même une mesure in-situ a été effectuée sur un dièdre en béton formé par un angle entre deux murs

Permittivities retrieval of a dihedral structure using radar polarimetry

Dans la situation d’un radar monostatique la configuration diédrique présente l’avantage de renvoyer un signal fort grâce au mécanisme de double rebond. De plus, il s’agit d’une configuration omniprésente par exemple en zone urbaine, avec des structures rue-bâtiment, ou en forêt, avec des structures de type sol-arbre. Les signaux rétrodiffusés sont donc liés à ces structures, plus précisément aux matériaux les composant, via leurs permittivités diélectriques. Retrouver ces permittivités depuis la mesure des champs rétrodiffusés permettrait l’identification des matériaux de la structure diédrique. Ceci mène à des applications telles que la détection de défauts dans la structure, l’estimation de la teneur en eau des sols ou du béton, ou in fine à des thématiques de classification, pour des objets dans des images radar par exemple, ou de détection de changement. En modélisant le mécanisme de double rebond lié à la structure de dièdre par deux réflexions successives via les coefficients de Fresnel, trois méthodes d’inversion des permittivités ont été mises en place au cours de la thèse. La première, analytique, utilise à un angle d’incidence donné la mesure des champs copolarisés. Les deux autres méthodes, alliant une partie analytique et une partie numérique, nécessitent la mesure, du ratio polarimétrique pour l’une, du champ horizontal pour l’autre, effectuée à deux angles d’incidence différents. Ces méthodes ont été validées numériquement à l’aide de la méthode d’Optique Géométrique fournie par le logiciel FEKO. Des mesures en chambre anéchoique ont été effectuées afin de valider ces méthodes. De même une mesure in-situ a été effectuée sur un dièdre en béton formé par un angle entre deux murs.For a monostatic radar, the dihedral arrangementexhibits a strong response compare tobare surface. This phenomenon can be seen in radarimages of urban areas or forestry as building andstreets and trunks and ground are forming such structures.This signature can be modelled with the doublebounce equation as a cascade of Fresnel reflectioncoefficients. These coefficients depend on the permittivitiesof the structures. Finding these permittivitiesfrom the backscattered fields may allowed to identifythe materials involved in the dihedral. Thereforethiscan be applied for default detection, moisture retrievaland classification topics for instance.By modelling the double bounce scattering with Fresnelcoefficients, three methods have been developedto retrieve these permittivities. The first one uses asingle incidence angle and the measurements of copolarisedfields. The last two methods need the measurementof the copolarised fields ratio or of the horizontalelectric field alone at two different incidenceangles. All these methods have been validated, firstnumerically using FEKO RL-GO method, then experimentally,with measurements in anechoic chamber. Atlast, in-situ measurements have been performed on awall corner made of concrete to assess the methodon a real case

Analytical Solution for Permittivities of a Dihedral Configuration

International audienc

Moisture Retrieval Using Monostatic Radar Double Bounce

International audienceIn this paper the development of a new method to extract the two complex relative permittivities of a dihedral structure composed of two surfaces in monostatic configuration is exposed. Provided a dominant double bounce mechanism, we only need in theory the copolarised far-field measurements HH and VV at one incidence angle. As the permittivity of natural material is strongly dependent on its moisture content, the method is used here to infer the water content of the soil. To do so we worked with simulated data using the Geometric Optic method implemented in FEKO. First results show that some incidence angle range has to be preferred to accurately determine the permittivity of the horizontal surface

Quantitative measures in ISAR image formation based on Time-Frequency Representations

International audienceThis paper proposes to adapt the Empirical Mode Decomposition Time-Frequency Distribution (EMD-TFD) to non-analytic complex-valued signals. This original method employs the Non uniformly Sampled Bivariate Empirical Mode Decomposition (NSBEMD) to design a filter in the ambiguity domain and clean the Time-Frequency Distribution (TFD) of the signal. This new approach is called NSBEMD-TFD. The suggested adaptation is used in the generation of Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) image and compared to other Time-Frequency Representation (TFR) such as Spectrogram, Wigner-Ville Distribution (WVD).. .. Furthermore, two criteria to qualify TFD are adjusted to be perform on ISAR images generated by TFD. This method, called NSBEMD-TFD, and those criteria are tested on simulated data and also on data acquired from an anechoic chamber

Is it possible to retrieve the complex permittivities using double bounce?

International audienceThe monitoring of urban areas (bridges, roads, dams, etc.) raises interest for permittivity estimation, in particular for failure detection. Radar sensors - ground or airborne-based - can offer solution for remote monitoring. This kind of environment can be characterized by double bounces scattering mechanism. Several methods have been developed for the case of a specular reflection using the Fresnel coefficients. In this paper, we recall these methods and propose a numerical solution to retrieve complex permittivities using double-bounces

Inversion of the Permittivities for a Double Bounce Mechanism

International audienc