К.В. Каменский1

1 МАИ (НИУ) (Москва, Россия)

Постановка проблемы. В радиолокаторах с синтезированием апертуры (РСА) наилучшее качество радиолокационного изображения (РЛИ) достигается при обработке траекторного сигнала методом обратного проецирования. Этот метод очень требователен к вычислительным ресурсам, поэтому в качестве более быстрой альтернативы ему рассматривают дальностно-доплеровский алгоритм (ДДА), который, принимая некоторые допущения, облегчает нагрузку на процессор, но усложняет работу с моделью траекторного сигнала, делая необходимым решение таких задач, как компенсация движения носителя радиолокатора и коррекция миграции сигнала по дальности.

Цель. Представить методы решения для таких важных операций ДДА, как компенсация движения носителя РСА и коррекция миграции сигнала по дальности в предположении, что обрабатывается траекторный сигнал работающего в режиме полосового бокового обзора радиолокатора непрерывного излучения с несимметричной периодической линейной частотной модуляцией (НИЛЧМ-РСА).

Результаты. Рассмотрена модель траекторного сигнала, лежащая в основе ДДА формирования РЛИ в контексте НИЛЧМ-РСА. Представлен новый метод компенсации движения, реализующий идею фильтровой обработки. Проведены численные эксперименты для сравнения разработанного метода с методом компенсации движения с усреднением по центру луча. В результате сравнительного анализа установлено, что предложенный метод уступает ранее известному в достигаемом разрешении по азимуту, но позволяет добиться независимости ухудшения разрешающей способности радиолокатора по азимуту от наклонной дальности. Выдвинуто предположение, что ухудшение качества РЛИ вызвано мешающей фазовой составляющей, которая может быть компенсирована на последнем этапе ДДА – автофокусировке. Показана возможность доработки метода компенсации движения с целью его применения для решения задачи коррекции миграции. Проведен сравнительный анализ модифицированного метода коррекции миграции с методом, использующим аппроксимацию косинуса угла визирования. Выявлено, что новый метод коррекции миграции не уступает в достигаемой разрешающей способности по дальности и азимуту. Кроме того, установлено, что разработанный метод коррекции миграции полностью устраняет дефект изображения, свойственный методу коррекции миграции с аппроксимацией косинуса угла визирования - наличие «призрачных» копий откликов точечных отражателей.

Практическая значимость. Предложенные методы компенсации движения и коррекции миграции могут применяться в реализациях ДДА для РСА, размещаемых на борту беспилотных летательных аппаратов.

Каменский К.В. Компенсация движения и коррекция миграции при обработке траекторного сигнала в радиолокаторе
с синтезированием апертуры антенны при непрерывном излучении // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 7. С. 121-141.
DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202207-18

1. Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б. Краткий опыт создания и первые результаты практической съёмки поверхности малогабаритной РЛС с синтезированием апертуры антенны с борта мультикоптера // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 4. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr19/12/text.pdf. DOI: 10.30898/1684-1719.2019.4.12
2. Svedin J., Bernland A., Gustafsson A., Claar E., Luong J. Small UAV-based SAR system using low-cost radar, position, and attitude sensors with onboard imaging capability // International Journal of Microwave and Wireless Technologies. 2021. № 13. Р. 602–613. DOI: 10.1017/S1759078721000416.
3. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли.
   М.: Радиотехника. 2005. 368 с.
4. Duersch M.I. Backprojection for Synthetic Aperture Radar. All Theses and Dissertations. 2013. 4060. https://scholarsarchive.byu.edu/etd/4060.
5. Cumming G., Wong F. Digital Signal Processing of Synthetic Aperture Radar data: Algorithms and Implementation. Artech House. 2005. 660 p.
6. Navneet S., Ashish Roy, Bhattacharya C. Image Generation Algorithms for FMCW-SAR at X-Band // 9-th International Radar Symposium (IRSI-13). India. Bangalore. 2013.
7. Wang G., Zhang M., Huang Y., Zhang, L., Wang F. Robust Two-Dimensional Spatial-Variant Map-Drift Algorithm for UAV SAR Autofocusing // Remote Sens. 2019. № 11. Р. 340. https://doi.org/10.3390/rs11030340.
8. Kirk J.C. Motion Compensation for Synthetic Aperture Radar // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. May 1975. V. AES-11. № 3. Р. 338-348. DOI: 10.1109/TAES.1975.308083.
9. Fornaro G., Franceschetti G., Perna S. On center-beam approximation in SAR motion compensation // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. April 2006. V. 3. № 2. Р. 276-280. DOI: 10.1109/LGRS.2005.863391.
10. Zaugg E.C., Long D.G. Generalized SAR Processing and Motion Compensation. 2008.
11. Zaugg E.C., Long D.G. Theory and Application of Motion Compensation for LFM-CW SAR // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. Oct. 2008. V. 46. № 10. Р. 2990-2998. DOI: 10.1109/TGRS.2008.921958.
12. Zaugg E.C. Generalized Image Formation for Pulsed and LFM-CW Synthetic Aperture Radar. Theses and Dissertations. 2010. 2489. https://scholarsarchive.byu.edu/etd/2489
13. Madsen S.N. Motion compensation for ultra wide band SAR // IGARSS 2001. Scanning the Present and Resolving the Future. Proceedings. IEEE 2001 International Geoscience and Remote Sensing Symposium (Cat. No.01CH37217). 2001. V. 3. Р. 1436–1438. DOI: 10.1109/IGARSS.2001.976870.
14. Zaugg E.C., Long D.G., Wilson M.L. Improved SAR Motion Compensation without Interpolation // 7th European Conference on Synthetic Aperture Radar. 2008. Р. 1-4.
15. Gaowei Jia, Wenge Chang, Xiangyang Li, Zhiyong Zhao. A Brief Analysis of the Motion Compensation for FMCW SAR // SPACOMM 2013. The Fifth International Conference on Advances in Satellite and Space Communications. IARIA. 2013. Р. 52–57. ISSN: 2308-4480. ISBN: 978-1-61208-264-6.
16. Ribalta A. One-step Motion Compensation Algorithm for squinted SAR // IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 2016. Р. 1154-1157. DOI: 10.1109/IGARSS.2016.7729292.
17. Moudgalya A., Morris P.J., Giriraja C.V. Motion Compensation on Range Doppler Algorithm for Airborne SAR. International
    Conference on Advances in Computing, Communications and Informatics (ICACCI). 2018. Р. 1303-1306.
    DOI: 10.1109/ICACCI.2018.8554378.
18. Zhuang, Long, Xu, Daobao. High-precision motion compensation for very-high-resolution SAR imaging // The Journal of Engineering. 2019. DOI: 10.1049/joe.2019.0321.
19. Xing M., Jiang X., Wu R., Zhou F., Bao Z. Motion Compensation for UAV SAR Based on Raw Radar Data // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. Aug. 2009. V. 47. № 8. Р. 2870-2883. DOI: 10.1109/TGRS.2009.2015657.
20. Zhang L., Qiao Z., Xing M.-d., Yang L., Bao Z. A Robust Motion Compensation Approach for UAV SAR Imagery // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. Aug. 2012. V. 50. № 8. Р. 3202-3218. DOI: 10.1109/TGRS.2011.2180392.