Διερευνηση Και Υλοποιηση Αλγοριθμου Επεξεργασιας Σηματος Για Πολυστατικο Ρανταρ Αντιστροφης Συνθετικης Απεικονισης Investigation And Implementation Of A Signal Processing Algorithm For Multistatic Isar Imaging

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της απεικόνισης στόχων από ραντάρ αντίστροφου συνθετικού ανοίγματος. Η διερεύνηση ξεκίνησε από την πιο απλή μονοστατική περίπτωση, όπου πομπός και δέκτης βρίσκονται στην ίδια θέση, προχώρησε στην διστατική και κατέληξε στις δυνατότητες απεικόνισης με την χρήση ενός πομπού και πολλαπλών δεκτών, δηλαδή στην πολυστατική περίπτωση. Οι απεικονίσεις που παρουσιάζονται είναι αποτέλεσμα προσομοιώσεων με χρήση MATLAB.Θεωρούμε ότι έχουμε ένα ραντάρ σε μια θέση και έναν στόχο που περιστρέφεται. Ο πομπός εκπέμπει σήμα και φωτίζει τον στόχο, ενώ το σκεδαζόμενο πεδίο συλλέγεται από τον εκάστοτε δέκτη. Χρησιμοποιώντας πολλές συχνότητες εντός ενός εύρους ζώνης BW και πολλές γωνίες φωτισμού του στόχου, εντός ενός γωνιακού ανοίγματος θmin...θmax, συντίθενται τα δεδομένα σκεδαζόμενου πεδίου σε πίνακα, ο οποίος μετά από επεξεργασία φιλτραρίσματος και γραμμικής παρεμβολής, υφίσταται έναν 2Δ μετασχηματισμό Fourier που δίνει την επιθυμητή ανακατασκευή εικόνας. Μετά από κάποια εισαγωγικά θέματα που συζητώνται στο Κεφάλαιο 1 σχετικά με γενικές έννοιες της ψηφιακής επεξεργασίας σημάτων ραντάρ, στο Κεφάλαιο 2 αναπτύσσεται και αποδεικνύεται αλλού διαισθητικά και αλλού αυστηρά η παραπάνω μέθοδος.Βάσει των παραπάνω το Κεφάλαιο 3 δίνει αποτελέσματα των προσομοιώσεων που προκύπτουν από την εφαρμογή της μεθόδου σε σημειακούς στόχους αρχικά για μονοστατικό ραντάρ σε γωνία θο=0ο και στη συνέχεια για μονοστατικό σε θο!=0ο. Το Κεφάλαιο καταλήγει με υλοποίηση σε διστατικό ραντάρ όπου πομπός και δέκτης απέχουν γωνία β, τόσο σε συμβατική όσο και σε receiver - centric γεωμετρία, αποδεικνύεται η αρχή της ισοδυναμίας απεικονίσεων από μονοστατικό και διστατικό ραντάρ και τελικά δίνονται αποτελέσματα απεικονίσεων (συγκρίνοντας μονοστατικές με διστατικές απεικονίσεις) για ένα γεωμετρικό μοντέλο των βασικών επιφανειών σκέδασης ενός μη επανδρωμένου αεροσκάφους (UAV). Τα δεδομένα πεδίου του συγκεκριμένου μοντέλου προέκυψαν με την εφαρμογή της φυσικής οπτικής.Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται η χρήση των συμπερασμάτων του Κεφαλαίου 3 για την εφαρμογή σε πολυστατικό ραντάρ. Η παρατήρηση ότι το εύρος ζώνης μετατίθεται προς μικρότερες συχνότητες όσο αυξάνει η διστατική γωνία, λόγω της εισαγωγής ενός όρου cos(βi/2) στην συμφασική ολοκλήρωση των δεδομένων πεδίου, έδωσε την ιδέα ότι με ένα ελαττωμένο εύρος ζώνης μπορεί να συντεθεί - χρησιμοποιώντας πολλαπλούς δέκτες σε βέλτιστες διστατικές γωνίες και έναν πομπό - το συνολικό εύρος που απαιτείται για την υλοποίηση της απεικόνισης. Η ιδέα εφαρμόστηκε με επιτυχία αρχικά για conventional διστατικές γεωμετρίες. Στη συνέχεια παρατηρήθηκε ότι μπορεί να συντεθεί με δέκτες του αρχικού εύρους ζώνης σε receiver - centric γεωμετρία, ένα μεγαλύτερο γωνιακό άνοιγμα, συνεπώς να έχουμε μικρότερα ανοίγματα στον κάθε δέκτη και κατά συνέπεια μικρότερο χρόνο παρατήρησης και συμφασικής ολοκλήρωσης σε ένα πραγματικό στόχο. Οι ιδέες αυτές συντέθηκαν σε μια ενιαία μεθοδο ελάττωσης του χρησιμοποιούμενου εύρους ζώνης και γωνιακού ανοίγματος για απεικόνηση στόχων. Προτάθηκε και υλοποιήθηκε επιτυχώς συγκεκριμένος αλγόριθμος ο οποίος εφαρμόστηκε τόσο για σημειακούς στόχους όσο και για το προσομοιωμένο UAV μοντέλο. Τα αποτελέσματα της αρχής λειτουργίας είναι ικανοποιητικά ενώ τελικά προτείνεται και μελλοντική εξέλιξη του αλγορίθμου.