RU2537788C1 - Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar - Google Patents

Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar Download PDF

Info

Publication number
RU2537788C1
RU2537788C1 RU2013141574/07A RU2013141574A RU2537788C1 RU 2537788 C1 RU2537788 C1 RU 2537788C1 RU 2013141574/07 A RU2013141574/07 A RU 2013141574/07A RU 2013141574 A RU2013141574 A RU 2013141574A RU 2537788 C1 RU2537788 C1 RU 2537788C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
reflector
azimuthal
signal
synthesizers
Prior art date
Application number
RU2013141574/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Переслегин
Дмитрий Валерьевич Ивонин
Бартран Жорж Альбер Шапрон
Заур Анверович Халиков
Александр Иванович Захаров
Михаил Юрьевич Достовалов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет"
Priority to RU2013141574/07A priority Critical patent/RU2537788C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537788C1 publication Critical patent/RU2537788C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: method of measuring radial velocity of a reflector in side-looking synthetic aperture radar relates to radar scanning of the Earth's surface from aircraft and can be used to simultaneously form brightness and velocity portraits of a surface with high resolution, precise referencing to coordinates of an area and noise-immunity. The invention employs a differential (differential-frequency) method of processing a series of coherent pulses which form an azimuthal image line in synthetic aperture radar. The method comprises use of two synthesizers, where a forward and a double-period delayed signal are transmitted to the inputs of said synthesizers. Both external signals, as well as a reference (synthesizing) signal, undergo differentiation before reaching the synthesizers. The synthesized complex-conjugated signals are correlated to form, at the output of a correlator, two signals which are calibrated on the radar cross section and radial velocity of the reflector.
EFFECT: providing geographic referencing of images of moving objects to a location and suppressing signals of fixed reflectors located in the region of azimuthal synthesis.
4 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации поверхности Земли с летательных аппаратов и может быть использовано для одновременного формирования яркостных (амплитудных) и скоростных портретов поверхности, включающей малоразмерные движущиеся объекты, с высоким пространственным разрешением, привязкой к координатам местности и помехоустойчивостью. Подобная задача характерна при формировании в РСА (радиолокаторе бокового обзора с синтезированной апертурой) изображений морских течений на фоне взволнованной поверхности, речных течений при сильных отражениях от береговых сооружений, а также при измерении скорости и определения местоположения локальных движущихся объектов на поверхности суши или океана.The invention relates to radar surface of the Earth from aircraft and can be used for the simultaneous formation of brightness (amplitude) and speed portraits of the surface, including small moving objects, with high spatial resolution, referenced to the coordinates of the area and noise immunity. A similar problem is typical when forming in SAR (side-scan radar with a synthesized aperture) images of sea currents against the background of an excited surface, river currents with strong reflections from coastal structures, and also when measuring speed and determining the location of local moving objects on the surface of land or ocean.

Известны способы обработки сигналов в РСА, позволяющие измерять скорости объектов на поверхности Земли. В работах [1, 2] предлагаются способы обработки, позволяющие определять обе (радиальную и тангенциальную) составляющие скорости отражателя с самолета - но только при высоких значениях скорости, достаточных для смещения отражателя на десятки элементов продольного и поперечного разрешения за время синтезирования. Известен способ обработки, позволяющий восстанавливать радиальную скорость морских мезомасштабных течений по смещению медианы доплеровского спектра, форма которого обусловлена интерференцией элементарных отражателей шероховатой поверхности при перемещении антенны и случайным характером морских волн [3, 4]. В этом случае, напротив, измеряемая скорость мала, и для ее измерения необходимо накапливать независимые отсчеты сигнала на площадках, включающих несколько тысяч элементов разрешения. Наконец, разработан и введен в действие космический аппарат TerraSAR-X, использующий интерферометр с продольной антенной базой для формирования скоростных портретов поверхности Земли [7, 8, 11].Known methods of signal processing in SAR, allowing to measure the speed of objects on the surface of the Earth. In [1, 2], processing methods are proposed that allow one to determine both (radial and tangential) components of the speed of the reflector from the aircraft - but only at high speeds sufficient to shift the reflector by dozens of longitudinal and transverse resolution elements during the synthesis. There is a processing method that allows you to restore the radial velocity of marine mesoscale currents by displacing the median of the Doppler spectrum, the shape of which is due to interference of elementary reflectors of a rough surface when moving the antenna and the random nature of sea waves [3, 4]. In this case, on the contrary, the measured speed is small, and for its measurement it is necessary to accumulate independent samples of the signal at sites that include several thousand resolution elements. Finally, the TerraSAR-X spacecraft was developed and put into operation, using an interferometer with a longitudinal antenna base to form high-speed portraits of the Earth’s surface [7, 8, 11].

Во многих работах, использующих измерительные свойства аэрокосмических РСА, за основу принимается способ обработки, при котором синтезирующий (опорный) сигнал компенсирует изменение фазы принимаемого сигнала, обусловленного движущимся радиально отражателем при тангенциальном перемещении антенны [5]. Пренебрегая эффектом «миграции дальности» в идеальном случае одиночного (точечного) отражателя, процесс синтезирования описывается интегралом свертки при формировании азимутальной строки U(x) радиолокационного изображения:In many works using the measuring properties of aerospace SAR, the processing method is taken as the basis in which the synthesizing (reference) signal compensates for the phase change of the received signal due to the moving radial reflector during tangential movement of the antenna [5]. Neglecting the effect of “range migration” in the ideal case of a single (point) reflector, the synthesis process is described by the convolution integral when forming the azimuth line U (x) of the radar image:

U ( x ) = U 0 D x L x / 2 L x / 2 exp { j [ Δ Ψ ( x , u ) ] } d u

Figure 00000001
, U ( x ) = U 0 D x - L x / 2 L x / 2 exp { - j [ Δ Ψ ( x , u ) ] } d u
Figure 00000001
,

где Δ Ψ ( x , u ) = ϕ 0 2 π f d y W x ( x u ) + k R n ( x u ) 2 k u 2 R n ( 1 )

Figure 00000002
,Where Δ Ψ ( x , u ) = ϕ 0 - 2 π f d y W x ( x - u ) + k R n ( x - u ) 2 - k u 2 R n ( one )
Figure 00000002
,

U0 и φ0 - неизменные начальная амплитуда и фаза отражателя, f d y = 2 V y sin γ n λ

Figure 00000003
- доплеровский сдвиг, вызываемый радиальной скоростью Vy отражателя, Rn и γn - наклонная дальность и угол визирования отражателя, Dx и Lx - размеры реального и синтезированного раскрывов антенны, k=2π/λ, λ - длина волны сигнала, u - аргумент функции свертки. В результате подобной операции для каждой строки дальности Rn получается азимутальный сигнальный отклик:U 0 and φ 0 - constant initial amplitude and phase of the reflector, f d y = 2 V y sin γ n λ
Figure 00000003
is the Doppler shift caused by the radial velocity V y of the reflector, R n and γ n are the slant range and angle of sight of the reflector, D x and L x are the dimensions of the real and synthesized antenna openings, k = 2π / λ, λ is the wavelength of the signal, u is an argument to the convolution function. As a result of a similar operation, for each row of the range R n, an azimuthal signal response is obtained:

U ( x ) = U 0 r x 0 r x exp [ π 2 r x 2 ( x x V ) 2 ] exp { j [ ϕ Σ + 2 k x R n ( x x V ) ] } ( 2 )

Figure 00000004
U ( x ) = U 0 r x 0 r x exp [ - π 2 r x 2 ( x - x V ) 2 ] exp { j [ ϕ Σ + 2 k x R n ( x - x V ) ] } ( 2 )
Figure 00000004

где х - азимутальные разрешения реальной и синтезированной апертур, x V = V y R n sin γ n W x

Figure 00000005
- сдвиг оси синтеза, обусловленный применяемым алгоритмом.where x is the azimuthal resolution of the real and synthesized apertures, x V = V y R n sin γ n W x
Figure 00000005
- shift of the synthesis axis due to the applied algorithm.

Таким образом, сдвиг оси синтеза и наличие непредсказуемой фазы φ0 исключает возможность измерения скорости в РСА по фазе сигнала в центре амплитудного пика (x=xV). Если же использовать коррелятор, т.е. сравнивать фазы сигналов, один из которых задержан на два периода следования импульсов (2Tr), то на основании (2) отклики каждого из двух каналов записываются в виде:Thus, the shift of the synthesis axis and the presence of an unpredictable phase φ 0 excludes the possibility of measuring the velocity in the SAR from the phase of the signal at the center of the amplitude peak (x = x V ). If to use a correlator, i.e. to compare the phases of the signals, one of which is delayed by two pulse repetition periods (2T r ), then based on (2) the responses of each of the two channels are recorded in the form:

U 1 , 2 ( t T r ) = U 0 r x 0 r x exp [ π W x 2 2 r x 2 ( t T r t V ) 2 ] exp { j [ ϕ 0 + 2 k W x 2 R n ( t T r ) ( x T r x V ) ] } ( 3 )

Figure 00000006
U one , 2 ( t T r ) = U 0 r x 0 r x exp [ - π W x 2 2 r x 2 ( t T r - t V ) 2 ] exp { j [ ϕ 0 + 2 k W x 2 R n ( t T r ) ( x T r - x V ) ] } ( 3 )
Figure 00000006

На выходе коррелятора получаем азимутальный откликAt the output of the correlator, we obtain the azimuthal response

U c o r ( t ) = [ U 1 ( t T r ) × U 2 * ( t + T r ) ] 1 / 2 = = U 0 r x 0 r x exp [ π W x 2 2 r x 2 ( t t V ) 2 ] exp ( π W x 2 T r 2 2 r x 2 ) exp [ 4 k j W x 2 T r R n ( 2 t t V ) ] ( 4 )

Figure 00000007
, U c o r ( t ) = [ U one ( t - T r ) × U 2 * ( t + T r ) ] one / 2 = = U 0 r x 0 r x exp [ - π W x 2 2 r x 2 ( t - t V ) 2 ] exp ( - π W x 2 T r 2 2 r x 2 ) exp [ - four k j W x 2 T r R n ( 2 t - t V ) ] ( four )
Figure 00000007
,

так что в центре пика (t=tV) имеем фазу ψ n = 8 π T r V y sin γ n λ = 4 π T r f d y

Figure 00000008
. Таким образом, в отклике (4) исключена начальная фаза φ0, и в центре амплитудного пика содержится информация о скорости отражателя, но сам пик сдвигается по азимутальной оси на величину t V = x V W x = V y R n sin γ n W x 2
Figure 00000009
.so in the center of the peak (t = t V ) we have the phase ψ n = 8 π T r V y sin γ n λ = four π T r f d y
Figure 00000008
. Thus, in response (4), the initial phase φ 0 is excluded, and information on the speed of the reflector is contained in the center of the amplitude peak, but the peak itself is shifted along the azimuthal axis by t V = x V W x = V y R n sin γ n W x 2
Figure 00000009
.

Принимая допустимое значение модуля коэффициента корреляции ρ n = exp ( π W x 2 T r 2 2 r x 2 ) exp ( π 8 )

Figure 00000010
, имеем ограничение на величину продольного разрешения РСА: rx≥2WxTr, что соответствует возможности полной фокусировки апертуры. В центре амплитудного пика при полной фокусировке получим отклик U c o r = U 0 r x 0 r x exp ( π 8 ) exp ( j 4 π T r f d y )
Figure 00000011
. Крутизна фазоскоростной характеристики составитAssuming a valid value for the modulus of the correlation coefficient ρ n = exp ( - π W x 2 T r 2 2 r x 2 ) exp ( - π 8 )
Figure 00000010
, we have a restriction on the longitudinal resolution of the SAR: r x ≥2W x T r, which corresponds to the possibility of full focusing of the aperture. In the center of the amplitude peak with full focus, we obtain a response U c o r = U 0 r x 0 r x exp ( - π 8 ) exp ( j four π T r f d y )
Figure 00000011
. The steepness of the phase-speed characteristic is

Ψ n V y = 8 π T r sin γ n λ ( 5 )

Figure 00000012
, Ψ n V y = 8 π T r sin γ n λ ( 5 )
Figure 00000012
,

которая, как видим, определяется длиной волны, периодом следования импульсов и углом визирования и не зависит от скорости аппарата.which, as we see, is determined by the wavelength, the pulse repetition period and the angle of sight and does not depend on the speed of the device.

На фиг.1 представлены графики, построенные на оси x для модулей и фаз сигналов на выходе коррелятора, построенные на основе выражения (4) при параметрах космического интерференционного РСА аппарата TerraSAR-X (Wx=8·103 м/с, H=6,5·103 м, γn=300, λ=3-10-2 м, Dx=4 м, rx0=6·103 м). Расстоянию lx=2 м между фазовыми центрами антенны в данном случае эквивалентен период следования Tr=lx/2Wx=0,125 мс. Расчеты сделаны при разрешении rx=4 м, задавая Vy=0 и 1 м/с. Видно, что при наличии радиальной скорости появляется фазовый сдвиг в центре амплитудного пика, но появляется и тангенциальный сдвиг пика, достигая 50 м, или ~12 элементов продольного разрешения rx. Морской корабль, движущийся радиально со скоростью 15 узлов (~8 м/с), в РЛ изображении должен смещаться на полкилометра по оси движения аппарата (т.е. на величину xv>>rx практически вдоль меридиана при движении корабля вдоль параллели).Figure 1 shows the graphs plotted on the x axis for the modules and phases of the signals at the correlator output, built on the basis of expression (4) with the parameters of the space-based interference SAR of the TerraSAR-X apparatus (W x = 8 · 10 3 m / s, H = 6.5 · 10 3 m, γ n = 30 0 , λ = 3-10 -2 m, D x = 4 m, r x0 = 6 · 10 3 m). The distance l x = 2 m between the phase centers of the antenna in this case is equivalent to the repetition period T r = l x / 2W x = 0.125 ms. The calculations were made with a resolution of r x = 4 m, setting V y = 0 and 1 m / s. It is seen that in the presence of radial velocity, a phase shift appears in the center of the amplitude peak, but a tangential shift of the peak appears, reaching 50 m, or ~ 12 elements of longitudinal resolution r x . A sea ship moving radially at a speed of 15 knots (~ 8 m / s) in the radar image should be shifted by half a kilometer along the axis of movement of the vehicle (i.e., by the value x v >> r x practically along the meridian when the ship moves along parallel) .

Таким образом, при данном способе синтеза в интерференционном РСА (ИРСА) возможно измерить скорость отражателя Vy по изменению фазы отраженного сигнала, как это издавна используется в радиолокационных системах СДЦ (селекции движущихся целей), работающих без синтезирования [9]. В то же время известно, что глубокое подавление сигналов от неподвижных отражателей в системах СДЦ осуществляется путем использования разностно-частотного алгоритма, реализуемого методом черезпериодного вычитания фаз принимаемого и опорного сигналов. Применительно к РСА это означает, что алгоритм синтеза должен выполнять свертку с опорным сигналом не по фазам, а по их производным, т.е по текущим доплеровским частотам. Дифференцируя исходную разность фаз (1) в функции времени t=x/Wx найдем новый алгоритм в виде:Thus, with this synthesis method in interference SAR (IRSA) it is possible to measure the speed of the reflector V y by changing the phase of the reflected signal, as has long been used in radar systems SDS (selection of moving targets) operating without synthesis [9]. At the same time, it is known that deep suppression of signals from fixed reflectors in SDC systems is carried out by using a frequency-difference algorithm implemented by periodically subtracting the phases of the received and reference signals. As applied to SAR, this means that the synthesis algorithm must perform convolution with the reference signal not in phases, but in their derivatives, i.e., at current Doppler frequencies. Differentiating the initial phase difference (1) as a function of time t = x / W x, we find a new algorithm in the form:

U ( t ) = U 0 W x D x τ x / 2 τ x / 2 exp { j t Δ Ψ ( t , τ ) d } d τ = U 0 W x D x τ x / 2 τ x / 2 exp { j t [ 2 k W x 2 R n ( t τ ) 2 π f d y ] } d τ ( 6 )

Figure 00000013
U ( t ) = U 0 W x D x - τ x / 2 τ x / 2 exp { - j t Δ Ψ ( t , τ ) d } d τ = U 0 W x D x - τ x / 2 τ x / 2 exp { - j t [ 2 k W x 2 R n ( t - τ ) - 2 π f d y ] } d τ ( 6 )
Figure 00000013

где f d y = 2 V y sin γ n λ

Figure 00000014
, τ s = L x W x
Figure 00000015
. Азимутальный отклик РСА на временной оси при этом составляетWhere f d y = 2 V y sin γ n λ
Figure 00000014
, τ s = L x W x
Figure 00000015
. The azimuthal response of the SAR on the time axis in this case is

U ( t ) = U 0 r x 0 r x exp ( π W x 2 t 2 2 r x 2 ) exp [ j 4 π W x 2 λ R n t ( t t v ) ] ( 7 )

Figure 00000016
U ( t ) = U 0 r x 0 r x exp ( - π W x 2 t 2 2 r x 2 ) exp [ - j four π W x 2 λ R n t ( t - t v ) ] ( 7 )
Figure 00000016

Таким образом, при синтезировании апертуры по разностно-частотному алгоритму азимутальный сдвиг отметки движущегося отражателя на яркостном изображении в РСА исчезает, фаза в центре амплитудного пика не зависит от φ0, однако определение скорости по фазе остается невозможным. Повторяя прежние преобразования для двухканального способа измерения скорости, для синтезированных откликов (7) получим следующий отклик на выходе коррелятора:Thus, when synthesizing the aperture according to the difference-frequency algorithm, the azimuthal shift of the moving reflector mark on the luminance image in the SAR disappears, the phase in the center of the amplitude peak does not depend on φ 0 , however, the determination of the velocity by phase remains impossible. Repeating the previous transformations for the two-channel method of measuring velocity, for the synthesized responses (7) we obtain the following response at the output of the correlator:

U c o r ( t ) = [ U 1 ( t T r ) × U 2 * ( t + T r ) ] 1 / 2 = U 0 r x 0 r x exp ( π W x 2 2 r x 2 ) exp ( π W x 2 T r 2 2 r x 2 ) exp [ j 4 k W x 2 T r R n ( t t V ) ] ( 8 )

Figure 00000017
, U c o r ( t ) = [ U one ( t - T r ) × U 2 * ( t + T r ) ] one / 2 = U 0 r x 0 r x exp ( - π W x 2 2 r x 2 ) exp ( - π W x 2 T r 2 2 r x 2 ) exp [ - j four k W x 2 T r R n ( t - t V ) ] ( 8 )
Figure 00000017
,

т.е. в центре амплитудного пика (t=0) на выходе коррелятора получим тот же самый фазовый сдвиг, что и при синтезе по разностно-фазовому алгоритму (см. выражение (4)) - но без сдвига самого пика по оси синтеза:those. in the center of the amplitude peak (t = 0) at the output of the correlator we get the same phase shift as in the synthesis according to the difference-phase algorithm (see expression (4)) - but without shifting the peak itself along the synthesis axis:

ψ n = 8 π T r V y sin γ n λ = 4 π T r f d y ( 9 )

Figure 00000018
ψ n = 8 π T r V y sin γ n λ = four π T r f d y ( 9 )
Figure 00000018

Соответствующие графики на оси x построены на фиг.2 и фиг.3 для тех же параметров космического РСА, что и на фиг.1. Видно, что при наличии скорости Vy появляется фазовый сдвиг, но смещения амплитудного пика при этом не происходит.Corresponding graphs on the x axis are constructed in FIG. 2 and FIG. 3 for the same parameters of a space SAR as in FIG. 1. It is seen that, in the presence of speed V y , a phase shift appears, but the amplitude peak does not shift.

Функциональное представление разностно-частотного алгоритма синтеза:Functional representation of the difference-frequency synthesis algorithm:

U ( n ) = U 0 2 m = M / 2 m = M / 2 exp { j 2 π n [ Δ Ψ x ( n ) Δ Ψ u ( m ) ] } ( 10 )

Figure 00000019
U ( n ) = U 0 2 m = - M / 2 m = M / 2 exp { j 2 π n [ Δ Ψ x ( n ) - Δ Ψ u ( m ) ] } ( 10 )
Figure 00000019

Здесь n и m - порядковые числа импульсов внешнего и опорного сигналов, ΔΨx и ΔΨu - межимпульсные приращения их фаз, Tr=Dx/4Wx - период следования импульсов, M=Lx/WxTr - число суммируемых импульсов. В соответствии с выражением (9) при свертке внешнего сигнала с опорным необходимо умножать полученную за период следования разность фаз внешнего и опорного сигналов на текущее число n синтезируемых импульсов, т.к. n=t/Tr. Видно, что при такой замене показатель экспоненты превращается в разность межимпульсных приращений частот внешнего и опорного сигналов, помноженную на текущее время синтеза.Here n and m are the ordinal numbers of pulses of the external and reference signals, ΔΨ x and ΔΨ u are the inter-pulse increments of their phases, T r = D x / 4W x is the pulse repetition period, M = L x / W x T r is the number of summed pulses . In accordance with expression (9), when convolving an external signal with a reference signal, it is necessary to multiply the phase difference of the external and reference signals obtained over the period by the current number n of synthesized pulses, because n = t / T r . It can be seen that with such a replacement, the exponent turns into the difference between the interpulse frequency increments of the external and reference signals multiplied by the current synthesis time.

Приведенные расчеты показывают следующее. Во-первых, применение в ИРСА коррелятора, сравнивающего сигналы двух антенн с разносом их фазовых центров вдоль линии полета [7, 8] - с успехом может быть заменено коррелятором, использующим задержку сигнала на два периода следования импульсов. Именно такой способ применяется в радиолокационных системах с селекцией движущихся целей (СДЦ) для глубокого подавления сигналов от неподвижных отражателей, попадающих в луч антенны, в том числе и по боковым ее лепесткам [9]. Во-вторых, осуществление подобного способа в РСА означает переход от разностно-фазового алгоритма синтеза к разностно-частотному. Его преимущества заключаются, помимо компенсации начальной фазы сигнала отражателя, еще и в исключении азимутального сдвига отметки движущегося отражателя в яркостном изображении местности.The above calculations show the following. First, the use of a correlator in the IRSA comparing the signals of two antennas with the spacing of their phase centers along the flight line [7, 8] - can be successfully replaced by a correlator that uses a signal delay of two pulse repetition periods. It is this method that is used in radar systems with selection of moving targets (SDC) for the deep suppression of signals from stationary reflectors falling into the antenna beam, including along its side lobes [9]. Secondly, the implementation of such a method in SAR means the transition from a difference-phase synthesis algorithm to a difference-frequency one. Its advantages are, in addition to compensating for the initial phase of the reflector signal, also in eliminating the azimuthal shift of the mark of the moving reflector in the brightness image of the area.

Таким образом, предлагаемый способ измерения скорости отражателя в РСА позволяет одновременно формировать скоростное и яркостное изображения местности с привязкой яркостного изображения подвижных отражателей к географическим координатам местности. Наконец, одновременное (двухканальное) формирование яркостного и скоростного изображений должно позволить, введя пороговое значение измеряемой скорости (Vy)пор, исключить из каждого (или из обоих) изображений неподвижные отражатели, находящиеся в пределах области синтеза (Lx) и на той же строке дальности (Rn). Это достигается введением ключевых (отсекающих) каскадов при формировании азимутальной строки в яркостном и скоростном каналах.Thus, the proposed method for measuring the speed of the reflector in the SAR allows you to simultaneously generate high-speed and luminance images of the area with reference luminance images of the moving reflectors to the geographical coordinates of the area. Finally, the simultaneous (two-channel) formation of brightness and speed images should allow, by introducing a threshold value of the measured pore speed (V y ), to exclude from each (or both) images fixed reflectors located within the synthesis region (L x ) and on the same range line (R n ). This is achieved by introducing key (cut-off) cascades during the formation of the azimuthal line in the brightness and speed channels.

Сопоставление предлагаемого способа формирования скоростных изображений в РСА с имеющимися патентами близкого состава и назначения [10-13] показывает следующее. В патенте [10], который и является прототипом, также предлагается использовать одну антенну с последующим разделением на два канала, независимым их синтезированием и измерением доплеровского частотного сдвига, определяющего разность фаз на выходе перемножителя при визировании радиально движущегося отражателя (see Fig 11, page 12 and Fig.12, page 13). Однако, как указывалось выше, необходимым условием селекции движущегося отражателя, при наличии на той же строке дальности (и в пределах азимутальной области синтеза) отражателей стационарных, является применение согласованного фильтра, которым в данном случае должен служить разностно-частотный алгоритм синтеза, что нами и предлагается. В патенте [11] обосновывается принцип действия и состав ныне действующего радиолокационного космического комплекса TerraSAR-X, в котором, как выяснилось впоследствии [8], в скоростном канале не обеспечивается подавление сигналов от неподвижных отражателей. В патенте [12] обосновывается принцип действия и состав недавно запущенного двухаппаратного космического комплекса Tandem TerraSAR-X, в патенте [13] предлагается принцип действия интерферометра, специально предназначенного для измерения высоты быстродвижущихся морских волн.Comparison of the proposed method for forming high-speed images in SAR with the available patents of similar composition and purpose [10-13] shows the following. In the patent [10], which is the prototype, it is also proposed to use one antenna with subsequent separation into two channels, their independent synthesis and measurement of the Doppler frequency shift, which determines the phase difference at the output of the multiplier when sighting a radially moving reflector (see Fig 11, page 12 and Fig. 12, page 13). However, as indicated above, the necessary condition for the selection of a moving reflector, if there are stationary reflectors on the same range (and within the azimuthal synthesis region), is the use of a matched filter, which in this case should be the difference-frequency synthesis algorithm, which we offered. The patent [11] substantiates the principle of operation and composition of the currently operating TerraSAR-X radar space complex, in which, as it later became clear [8], the signal from fixed reflectors is not suppressed in the high-speed channel. The patent [12] substantiates the principle of operation and composition of the recently launched Tandem TerraSAR-X two-device space complex; patent [13] proposes the principle of operation of an interferometer specifically designed to measure the height of fast-moving sea waves.

Технический результат заключается в обеспечении географической привязки изображений движущихся объектов к местности и подавлении сигналов неподвижных отражателей, находящихся в области азимутального синтеза.The technical result consists in providing a geographic reference of the images of moving objects to the terrain and suppressing the signals of stationary reflectors located in the field of azimuthal synthesis.

Функциональная схема осуществления способа представлена фиг.4, где обозначены: 1 - антенна РСА; 2 - СВЧ приемник с выходом импульсного сигнала на несущей частоте f0; 3 - задержка на период следования импульсов; 4 - задержка на два периода следования; 5 - фазоинвертор; 6 - генератор опорного радиосигнала на частоте f0, модулированного в соответствии с дальностью Rn; 7 - амплитудно-частотный модулятор и синхронизатор; 8 - квадратурный фазовый детектор; 9 - синтезатор; 10 - накопитель с введением числа накапливаемых импульсов mx=Lx/WxTr; 11 - коррелятор отстоящих во времени синтезированных азимутальных откликов с вычислением амплитуды и фазы результирующего отклика; 12 - вычислитель формирования азимутальной строки в амплитудном и скоростном изображениях с отсечкой (по необходимости) сигналов от неподвижных отражателей; a - ввод наклонной дальности; b - синхронизация, c - ввод числа накапливаемых импульсов; d - выход на двухканальный дисплей.A functional diagram of the method is presented in figure 4, where are indicated: 1 - PCA antenna; 2 - microwave receiver with a pulse signal at a carrier frequency f 0 ; 3 - delay for the period of the pulses; 4 - delay for two periods; 5 - phase inverter; 6 - the generator of the reference radio signal at a frequency f 0 modulated in accordance with the range R n ; 7 - amplitude-frequency modulator and synchronizer; 8 - quadrature phase detector; 9 - synthesizer; 10 - drive with the introduction of the number of accumulated pulses m x = L x / W x T r ; 11 - correlator of synthesized azimuthal responses that are separated in time by calculating the amplitude and phase of the resulting response; 12 - calculator of the formation of the azimuthal line in the amplitude and speed images with a cut-off (if necessary) of signals from fixed reflectors; a - input oblique range; b - synchronization, c - input of the number of accumulated pulses; d - output to a two-channel display.

Измерения радиальной скорости отражателя в радиолокаторе бокового обзора с синтезированной апертурой происходит следующим образом. Сигнал от антенны (1) поступает в СВЧ приемник (2), с выхода которого на несущей частоте f0 он поступает на входы двух межпериодных автокорреляторов, состоящих из элементов задержки на период следования (3), фазоинверторов (5) и квадратурных фазовых детекторов (8), причем на вход второго автокоррелятора сигнал поступает через элемент задержки на два периода следования (4). Опорный (синтезирующий) сигнал на той же частоте f0 формируется в элементе (6) с соответствующими параметрами амплитудной и частотной модуляции, обеспечиваемыми модулятором-синхронизатором (7), поступает на аналогичный сигнальному межпериодный автокоррелятор (3, 5, 8) и далее на входы видеочастотных синтезаторов (9). Прямой и задержанный сигналы с выходов квадратурных детекторов (8) поступают на те же синтезаторы (9), куда подается сигнал с выхода опорного квадратурного детектора (8). С выходов синтезаторов (9) сигналы поступают на входы когерентных накопителей заданного числа импульсов mx (10), с выходов накопителей сдвинутые во времени синтезированные сигналы поступают на вход коррелятора (11), осуществляющего их комплексно-сопряженное перемножение и вычисляющего модуль и фазу результирующего сигнала, с выхода коррелятора калиброванные по интенсивности и скорости сигналы поступают на вычислитель (12), формирующий азимутальную строку РЛ изображения с выходом на двухканальный дисплей и осуществляющего функцию отсечки неподвижных отражателей в одном или в обоих каналах.The measurements of the radial velocity of the reflector in the synthetic-aperture side-view radar are as follows. The signal from the antenna (1) enters the microwave receiver (2), from the output of which at the carrier frequency f 0 it enters the inputs of two inter-period self-correlators, consisting of delay elements for the repetition period (3), phase inverters (5) and quadrature phase detectors ( 8), and at the input of the second autocorrelator, the signal enters through the delay element for two repetition periods (4). The reference (synthesizing) signal at the same frequency f 0 is generated in element (6) with the corresponding amplitude and frequency modulation parameters provided by the synchronization modulator (7), fed to the interperiodic autocorrelator similar to the signal (3, 5, 8) and then to the inputs video frequency synthesizers (9). The direct and delayed signals from the outputs of the quadrature detectors (8) are fed to the same synthesizers (9), where the signal from the output of the reference quadrature detector (8) is supplied. From the outputs of the synthesizers (9), the signals arrive at the inputs of the coherent drives of a given number of pulses m x (10), from the outputs of the drives the time-shifted synthesized signals are fed to the input of the correlator (11), which performs their complex conjugate multiplication and calculates the module and phase of the resulting signal , from the output of the correlator, signals calibrated in terms of intensity and speed are fed to a computer (12), which forms the azimuthal line of the radar image with access to a two-channel display and performs the cutoff epodvizhnyh reflectors in one or both channels.

Источники информацииInformation sources

1. Объекты радиолокации. Обнаружение и распознавание. Под ред. А.В. Соколова / М., Радиотехника, 2007, глава 4: Радиолокационное изображение цели при апертурном синтезе со сверхвысоким разрешением радиолокатора с синтезированной апертурой, с.117-128.1. Objects of radar. Detection and recognition. Ed. A.V. Sokolova / M., Radio Engineering, 2007, Chapter 4: Radar image of the target during aperture synthesis with ultra-high resolution synthetic-aperture radar, pp. 117-128.

2. Pettersson M.I. Detection of Moving Targets in Wideband SAR // IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, 2004, v.40, №3, pp.780-786.2. Pettersson M.I. Detection of Moving Targets in Wideband SAR // IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, 2004, v.40, No. 3, pp. 780-786.

3. Достовалов М.Ю., Неронский Л.Б., Переслегин С.В. Исследование поля скорости океанских течений по фазометрическим данным, полученным РСА космического аппарата «ERS» // Океанология, 2003, т.43, №3, с.473-480.3. Dostovalov M.Yu., Neronsky LB, Pereslegin S.V. The study of the velocity field of ocean currents according to the phasometric data obtained by the SAR of the ERS spacecraft // Oceanology, 2003, v. 43, No. 3, pp. 473-480.

4. Neronsky L.B., Dostovalov M.Ju., Pereslegin S.V. The extended algorithms for Doppler centroid estimation // Proc. EUSAR-2004, Ulm, Germany, May 2004, v.2, pp.709-712.4. Neronsky L. B., Dostovalov M. J., Pereslegin S. V. The extended algorithms for Doppler centroid estimation // Proc. EUSAR-2004, Ulm, Germany, May 2004, v. 2, pp. 709-712.

5. Неронский Л.Б. Оценка разрешающей способности РЛС с синтезированной апертурой по переходным характеристикам и интервалу корреляции выходного сигнала // Радиотехника и электроника, 1975, №2, с.271-279.5. Nero LB Estimation of the resolving power of a synthesized aperture radar according to the transient characteristics and the correlation interval of the output signal // Radio Engineering and Electronics, 1975, No. 2, p.271-279.

6. Romeiser R., Runge H., Flament P. Towards an Operational Spacebome System for High Resolution Current Measurements in Coastal Areas // Oceans 2003 Proc., 2003, v.3, pp.1524-1530.6. Romeiser R., Runge H., Flament P. Towards an Operational Spacebome System for High Resolution Current Measurements in Coastal Areas // Oceans 2003 Proc., 2003, v. 3, pp. 1524-1530.

7. Gabele M., Brautigam В., Shuize D., Steinbrecher U., Nuria Т., Youns M. Fore and Aft Channel Reconstruction in the TerraSAR-X Dual Receive Antenna Mode // IEEE Trans. on Geosciense Remote Sensing, 2010, v.48. No 2, pp.795-806.7. Gabele M., Brautigam B., Shuize D., Steinbrecher U., Nuria T., Youns M. Fore and Aft Channel Reconstruction in the TerraSAR-X Dual Receive Antenna Mode // IEEE Trans. on Geosciense Remote Sensing, 2010, v. 48. No. 2, pp. 795-806.

8. Romeiser R., Suchand S., Hartmut R., Steinbrecher U., Grimier S. First Analysis of TerraSAR-X Along-Track InSAR-Derived Current Fields // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, v.48. No 2, pp.820-829.8. Romeiser R., Suchand S., Hartmut R., Steinbrecher U., Grimier S. First Analysis of TerraSAR-X Along-Track InSAR-Derived Current Fields // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, v. 48. No. 2, pp. 820-829.

9. Верба B.C. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Состояние и тенденции развития. M., Радиотехника, 2008, 432 с.9. Willow B.C. Aviation complexes of radar patrol and guidance. Status and development trends. M., Radio Engineering, 2008, 432 p.

10. Takashi Fujimura. Along-track interferometric synthetic aperture radar / US Patent, Number 5.945.937, Data of patent Aug. 31, 1999.10. Takashi Fujimura. Along-track interferometric synthetic aperture radar / US Patent, Number 5.945.937, Data of patent Aug. 31, 1999.

11. Martin Suss, Werner Wiesbeck. Side-looking synthetic aperture radar system / ER Patent, Number 1.241.487. B1, Data of filing 15.03.2001.11. Martin Suss, Werner Wiesbeck. Side-looking synthetic aperture radar system / ER Patent, Number 1.241.487. B1, Data of filing 03/15/2001.

12. Alberto Moreira, Gerhard Krieger, Josef Mittermayier. Satellite configuration for interferometric and/or tomographic remote sensing by means of synthetic aperture radar / US Patent, Number 6.667.884 B2, Date of Patent Jan. 13, 2004.12. Alberto Moreira, Gerhard Krieger, Josef Mittermayier. Satellite configuration for interferometric and / or tomographic remote sensing by means of synthetic aperture radar / US Patent, Number 6.667.884 B2, Date of Patent Jan. 13, 2004.

13. Paul Vincent. Using dynamic interferometric synthetic aperture radar (INSAR) to image fast-moving surface waves / US Patent, Number 6.911.931 B2, Data of patent Jun. 28, 2005.13. Paul Vincent. Using dynamic interferometric synthetic aperture radar (INSAR) to image fast-moving surface waves / US Patent, Number 6.911.931 B2, Data of patent Jun. 28, 2005.

Claims (1)

Способ измерения радиальной скорости отражателя в радиолокаторе бокового обзора с синтезированной апертурой, использующий азимутальный синтез двух принимаемых последовательно сигналов, отличающийся тем, что первый сигнал задерживают относительно второго на два периода следования импульсов, применяют черезпериодное вычитание фаз (дифференцирование) первого, второго и опорного сигналов в автокорреляторах, азимутальный синтез дифференцированных первого и второго сигналов, осуществляют в синтезаторах с подачей на них дифференцированного опорного сигнала, комплексно-сопряженные выходные сигналы синтезаторов подают на вход коррелятора, осуществляют калибровку квадрата модуля и фазы сигнала на выходе коррелятора, пропорциональных эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) и радиальной скорости отражателя, калиброванные сигналы подают на вычислитель, где формируется азимутальная строка амплитудного и скоростного радиолокационных изображений местности, и, при необходимости, производят отсечку сигналов неподвижных отражателей или же выборку отражателей с заданной скоростью. A method for measuring the radial velocity of a reflector in a synthetic aperture side-view radar using azimuthal synthesis of two signals received in series, characterized in that the first signal is delayed relative to the second by two pulse repetition periods, periodically subtracting phases (differentiation) of the first, second and reference signals in autocorrelators, the azimuthal synthesis of the differentiated first and second signals is carried out in synthesizers with differentiation applied to them of the reference signal, the complex-conjugated output signals of the synthesizers are fed to the correlator input, the square of the module and the phase of the signal at the correlator output are calibrated, proportional to the effective scattering surface (EPR) and the radial velocity of the reflector, calibrated signals are fed to the calculator, where the azimuthal amplitude and high-speed radar images of the area, and, if necessary, cut off the signals of the stationary reflectors or select the reflectors with a given orostyu.
RU2013141574/07A 2013-09-10 2013-09-10 Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar RU2537788C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013141574/07A RU2537788C1 (en) 2013-09-10 2013-09-10 Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013141574/07A RU2537788C1 (en) 2013-09-10 2013-09-10 Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2537788C1 true RU2537788C1 (en) 2015-01-10

Family

ID=53287876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013141574/07A RU2537788C1 (en) 2013-09-10 2013-09-10 Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537788C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668570C1 (en) * 2017-06-27 2018-10-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Method of measurement of the vector of velocity of local reflectors in the space sar

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2017168C1 (en) * 1991-08-26 1994-07-30 Андрей Иванович Карих Method for space-based synthetic-aperture radar detection of terrain targets
US5552787A (en) * 1995-10-10 1996-09-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Measurement of topography using polarimetric synthetic aperture radar (SAR)
US5945937A (en) * 1996-11-18 1999-08-31 Nec Corporation Along-track interferometric synthetic aperture radar
RU2166774C2 (en) * 1999-06-01 2001-05-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Method and gear to form polarization portrait of ground or sea surface in double-frequency radar with synthesized aperture
RU2271019C1 (en) * 2004-07-28 2006-02-27 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles
RU2287879C2 (en) * 2005-02-16 2006-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод Method for increasing the radar resolving power in range and azimuth
WO2010138225A3 (en) * 2009-03-13 2011-01-27 Raytheon Company Vehicular surveillance system using a synthetic aperture radar
US8207887B2 (en) * 2009-06-19 2012-06-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Computationally efficent radar processing method and sytem for SAR and GMTI on a slow moving platform

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2017168C1 (en) * 1991-08-26 1994-07-30 Андрей Иванович Карих Method for space-based synthetic-aperture radar detection of terrain targets
US5552787A (en) * 1995-10-10 1996-09-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Measurement of topography using polarimetric synthetic aperture radar (SAR)
US5945937A (en) * 1996-11-18 1999-08-31 Nec Corporation Along-track interferometric synthetic aperture radar
RU2166774C2 (en) * 1999-06-01 2001-05-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Method and gear to form polarization portrait of ground or sea surface in double-frequency radar with synthesized aperture
RU2271019C1 (en) * 2004-07-28 2006-02-27 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Method of compensation of signal phase incursions in onboard radar system and onboard radar system with synthesized aperture of antenna for flying vehicles
RU2287879C2 (en) * 2005-02-16 2006-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный Рязанский приборный завод Method for increasing the radar resolving power in range and azimuth
WO2010138225A3 (en) * 2009-03-13 2011-01-27 Raytheon Company Vehicular surveillance system using a synthetic aperture radar
US8207887B2 (en) * 2009-06-19 2012-06-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Computationally efficent radar processing method and sytem for SAR and GMTI on a slow moving platform

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668570C1 (en) * 2017-06-27 2018-10-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук Method of measurement of the vector of velocity of local reflectors in the space sar

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Egido et al. Fully focused SAR altimetry: Theory and applications
Malanowski et al. Detection of moving targets with continuous-wave noise radar: theory and measurements
US20190011547A1 (en) Systems and methods for resolving velocity ambiguity in an automotive radar system
EP2930532B1 (en) Simultaneous forward and inverse synthetic aperture imaging ladar
EP3214460B1 (en) Synthetic aperture radar device
IL261489A (en) Optical phasograms for ladar vibrometry
Jain Focusing effects in the synthetic aperture radar imaging of ocean waves
US10712437B2 (en) Radar systems and methods utilizing composite waveforms for customization of resolution requirements
EP2545395B1 (en) Super-resolution imaging radar
EP3649478B1 (en) Radar systems and methods utilizing composite waveforms for customization of resolution requirements
Martorella Introduction to inverse synthetic aperture radar
JP5460290B2 (en) Radar equipment
RU2597148C1 (en) Method of measuring vector field speed of ocean and river streams in space sar
Fu et al. A novel method for fast detection of high-speed targets
Uysal et al. The effect of moving target on range-Doppler map and backprojection algorithm for focusing
RU2537788C1 (en) Method of measuring radial velocity of reflector in side-looking synthetic aperture radar
Yang et al. Maritime moving object localization and detection using global navigation smart radar system
RU2447457C2 (en) Radar method for rapid diagnosis of ocean phenomena from space
WO2020110896A1 (en) Radar device
RU2492504C1 (en) Method of determining non-radial projection of target velocity vector
RU2672092C1 (en) Method of measuring the angular position of terrestrial fixed radio-contrast objects
RU194328U1 (en) SATELLITE RADIO ALTIMETER
RU2703522C1 (en) Method of identifying an underwater hydrodynamic source from a high-speed sea surface radar image
RU2626012C1 (en) Method of ground mapping by airborne radar
Kubica Opportunistic radar imaging using a multichannel receiver