چکیده

رادار روزنه مصنوعی (SAR) یکی از سیستمهای سنجش از راه دور است که بمنظور بدست آوردن تصاویری با رزولوشن بالا مورد استفاده قرار می گیرد.این رادار بر روی یک سکو (هواپیما) نصب می گردد. الگوریتم های پردازش SAR با فرض حرکت سکو روی مسیر مستقیم کار می کند. اما در عمل سکو بدلیل اغتشاشات جوی از مسیر ایده آل منحرف می شود. این حرکت غیر ایده آل باعث کاهش قابل ملاحظه کیفیت تصویر SAR می شود. در این مقاله هدف بررسی اثر حرکت سکو بر روی تصاویر دریافتی توسط رادار روزنه مصنوعی خواهیم پرداخت.

کلمات کلیدی: جبران سازی ، حرکت سکو ، رادار روزنه مصنوعی ، SAR

-۱ مقدمه:

یک مشکل اساسی در اکثر حسگرهای SAR هواپایه ،جبران خطاهای حرکت ناشی از اغتشاشات جوی است (یعنی جبران تغییرات جهت و مقدار بردار سرعت حرکت مستقیم سکو). در عمل سکو بدلیل مختلفی از جمله اغتشاشات جوی و خطای خلبان از مسیر خود منحرف می شود و در نتیجه این انحراف ، شاهد کاهش رزولوشن و اعوجاجات هندسی در تصاویر دریافتی خواهیم بود. در این مقاله هدف تحلیل اثر حرکت سکو برتصاویر رادار sar است.

به طور خاص ، اثرات اصلی تولید شده توسط خطاهایعبارتند از: تنزل حد تفکیک هندسی و SAR حرکت در تصاویررادیو متریک ، ابهام در جهت سمت و اعوجاج هندسی و فاز.

انحرافات هواپیما از مسیر مستقیم و سرعت ثابت را می توانتوسط سیستم ناوبری اینرسی، (INS)سیستم موقعیت یابی جهانی((GPSیا واحد اندازه گیری اینرسی (IMU)محاسبه نمود.با پردازش مناسب داده های شتاب سنج ها و ژیروسکوپ هایIMU می توان سه مولفه حرکت انتقالی هواپیما درسه جهت قائم ، عمود بر مسیر حرکت و درامتداد مسیر ، و نیز مولفه های زاویه ایyaw و pitch، roll را در محل IMU اندازه گیری نمود.

همچنین می توان اطلاعات انحراف مسیر را از طریق روشهای نرم افزاری و بطور مستقیم تنها با استفاده از داده SAR دریافت شده محاسبه کرد.

در موارد دیگر اطلاعاتی که به طور مستقیم از داده های SAR تخمین زده شده است به عنوان مکمل اطلاعات دریافتی از سیستم های ناوبری استفاده می شود.

اطلاعات سامانه ی ناوبری توسط خطاهای سیستمی تحت تاثیر قرار می گیرد (به عنوان مثال بایاس ایجاد شده ناشی از انتگرال گیری داده های شتاب سنج). ثابت شده است که فرآیند تخمینی که مستقیما روی دادهها اعمال می شود برای تشخیص این بایاسها موثر است. [ ۴ ]

در این مقاله روشهای جبران حرکت سکو ارائه می شود. ابتدا در بخش ۲ تاثیر حرکت سکو بر کیفیت تصویر SAR بررسی می شود . سپس در بخش ۳ به معرفی و دسته بندی خطاهای فازی می پردازیم. در بخش۴ تا ۶ به تحلیل جبرانسازی حرکت و معرفی الگوریتمی بمنظور جبرانسازی حرکت در مد نورافکنی می پردازیم.در بخش ۷ و به نتایج شبیه سازی و جمه بندی ارائه می گردد.

-۲ اثر خطاهای حرکت سکو

تفاوت بین مسیر پروازی در حالت ایده آل و حالت واقعی را خطای حرکتی می نامند که در شکل ۱ نشان داده شده است.

شکل:۱ خطای حرکتی

در نتیجه حرکت غیرایده آل سکوی حامل رادار شاهد تغییراتی در فاز سیگنال دریافتی خواهیم بود. ما این اثرات فازی نا مطلوب را تحت عنوان خطاهای فازی می شناسیم. خطاهای فازی از اهمیت ویژه ای برخوردارند. این خطاها کیفیت تصویر رادار دهانه مصنوعی را بشدت تحت تاثیر قرار می دهد وبسته به دامنه و نوع خطا می توانند سبب رخ دادن اعوجاجات هندسی در تصویر و کاهش رزولوشن تصویر می گردند.[۱]

-۳دسته بندی خطای فازی

خطاهای فازی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: (۱ خطاهای فازی فرکانس پایین ، (۲ خطاهای فازی فرکانس بالای سینوسی (۳ خطاهای فازی پهن باند.فرکانس خطاهای فازی بسته به میزان تغییرات خطا بر روی دهانه تعیین می شوند.اگر پریود تغییرات خطا کوچکتر از زماندهانه مصنوعی باشد خطاهای فازی ، فرکانس پائین هستند و اگر پریود تغییرات خطا بزرگتر یا مساوی دهانه مصنوعی باشد خطاهای فازی فرکانس بالا می باشند.همچنین خطاهای پهن باند ذاتا فرکانس بالا هستند.اصولا خطاهای فازی فرکانس پائین ، لوب اصلی پاسخ ضربه سیستم را تحت تاثیر قرار می دهند در حالیکه خطاهای فازی فرکانس بالا لوبهای فرعی پاسخ ضربه سیستم را تحت تاثیر قرار می دهند. خطاهای فازی سبب بروز اعوجاجات هندسی در تصویر و کاهش رزولوشندر تصویر میگردند. خطاهای فرکانس بالا سینوسی باعث کاهش کنتراست تصویر و وجود اهداف کاذب در تصویر میگردند و کاهش کنتراست تصویر و کاهش نسبت سیگنال به نویز در تصویر ازعواقب وجود خطاهای فازی پهن باند می باشد.[۲]

خطاهای فازی فرکانس پائین شامل: -۱خطاهای فازی خطی،-۲خطاهای فازی از درجه دو، -۳خطاهای فازی از مراتب بالاتر است.

خطاهای فازی خطی در نتیجه تغییرات (خطی) سرعت و شتاب در طول مسیر پروازی حاصل می شود تغییرات فازی خطی باعث شیفت پاسخ ضربه هدف در جهت سمت می شود.خطاهای فازی از درجه دو باعث پهن شدن پاسخ ضربه و در نتیجه تخریب کیفیت تصویر رادار دهانه مصنوعی می گردند. در واقع با پهنشدن لوب اصلی پاسخ ضربه ، رزولوشن تصویر کاهش مییابد. همچنین ISLR در اینحالت افزایش می یابد.

در نتیجه تغییرات شتاب ف خطاهای فازی از درجه دو رخ می دهد. اگر خطاهای فازی از درجه دو برای همه قسمتهای هدف یکسان باشد مات شدگی و تخریب تصویر برای همه قسمتها یکسان می باشد.

منظور از مراتب بالاتر خطاهای فازی ، تغییرات فازی بصورت کسینوسی یک پریودی یا تغییرات از درجه سه فازی بر روی دهانه است که بشدت کیفیت تصویر رادار را تحت تاثیر قرار می دهد.

خطاهای فازی به صورت سینوسی های چند پریودی یا سینوسی از درجه دو و خطاهای فازی رندم جزء دسته خطاهای فرکانس بالا به شمار می رود.در نتیجه خطاهای فازی سینوسی فرکانس بالا ، ساید لوبهایی با پیک بالا در پاسخ ضربه ظاهر میشود که منجربه وجود اهداف کاذب در تصویر SAR میگردد. از طرفی اهداف واقعی کوچکتر توسط سایدلوبها پوشانیده می شوند.همچنین در نتیجه خطاهای فازی رندم انرژی از لوب اصلی بر روی سایر سایدلوبها پخش شده و منجر به کاهش کنتراست تصویر میگردد.[۲]