IST/IT 1

ESCOLA NAVAL

RADAR DE ABERTURA SINTÉTICAAPLICAÇÕES EM ISAR

José M. B. Dias

Instituto Superior Técnico

Instituto de Telecomunicações

Portugal

IST/IT 2

ESCOLA NAVAL

Sumário

• O Radar Lateral• O Conceito de Abertura Sintética• Formação de Imagem SAR• Exemplos• Aplicações ISAR

IST/IT 3

ESCOLA NAVAL

Radar

• Sistema activo - opera 24 horas por dia

• Depende pouco das condições meteorológicas

• Gera imagens de microondas

IST/IT 4

ESCOLA NAVAL

Resolução: 1m X 1m

Dimensão: 630m x 630m

Pixeis: 940m x 940m

IST/IT 5

ESCOLA NAVAL 

Banda Espectral

 

Frequência (GHz) Comprimento de Onda (cm)

P 0.3 – 1.0 100 –30

L 1.0   – 2.0 30 - 15

S 2.0 – 4.0 15 – 7.5

C 4.0 – 8.0 7.5 – 3.75

X 8.0 – 12.5 3.75 – 2.4

Ku 12.5 – 18.0 2.4 – 1.67

K 18.0 – 26.5 1.67 – 1.1

Ka 26.5 – 40.0 1.1 – 0.75

Comprimento de onda e frequência das microondas.

IST/IT 6

ESCOLA NAVAL

Esquematização da aquisição de informação através do sistema SLAR.

IST/IT 7

ESCOLA NAVAL

Modos de operação SAR

IST/IT 8

ESCOLA NAVAL - Geometria de um Sistema de Abertura Sintética

ERS-1 DRA-Airborne SAR

sin

12/

B

cx

Resolução

rD

y

Kmr

mD

MHzB

cm

850

º23

10

15

6.5

mx 25

kmy 8.4

Kmr

mD

MHzB

cm

14

º23

8.1

100

1.3

mx 8.3kmy 24.0

!!!!!!

IST/IT 9

ESCOLA NAVAL - Compressão de Impulso (Resolução Lateral)

• Enviar sinais de longa duração• Comprimi-los na recepção

Ideia:

IST/IT 10

ESCOLA NAVAL - Compressão de Impulso (cont.)

)()( * tpth

Modulação Linear de Frequência (chirp)

[Dick, 53],[Darlington, 54]

)exp(/rect)( 22/ tjT) (ttp

|)(| H

c

2

)(2

/)2(

T2

2

T

)()( * tptp

IST/IT 11

ESCOLA NAVAL

)()( * tptp )()( * tptp )()( * tptp

- Compressão de Impulso (exemplo)

IST/IT 12

ESCOLA NAVAL - Resolução Azimutal

•Sinal Transmitido

•Sinal Recebido

)(tp

krjyywcrtp 2exp)()/2( 0

2

c

k

Atraso Ganhoda antena

Fase depropagação

IST/IT 13

ESCOLA NAVAL - Resolução Azimutal (cont.)

0

20

02

02

0 2

)()(

r

yyryyrr

)(exp))(()/2()( 0 tttvwcrtpts

Aproximação de Fresnel

)( 00 ttvyy

Sinal Recebido

0

20

20 )(24

)(r

ttvrt

Chirp• Duração:

• Chirp rate:

v

LT

0

24

r

v

IST/IT 14

ESCOLA NAVAL - Resolução Azimutal (cont.)

vL

rT

t2

2 0

L

rtvy

20

s(t) é um chirp

Mas

0rDL

2

Dy

2

Dy

Resolução:

• Independente de r0

• Proporcional a D

Resolução:

• Independente de r0

• Proporcional a D

IST/IT 15

ESCOLA NAVAL - Processador de SAR (aproximaçaõ de Fresnel)

Processador básico de SAR em modo Strip-Mapping

Desmodulaçãode quadraturaDesmodulaçãode quadratura

Compressão em distânciaCompressão em distância

Compressão em azimute

Compressão em azimute

Chirp rate:

Duração:

TT

0

24

r

v

Dv

rT 0

IST/IT 16

ESCOLA NAVAL- Presença de “range walk” e “range curvature”

2- Spaceborn com movimento

1- Spaceborn sem movimento

3-Airborn sem movimento

1

2

3

DificuldadeEncontrar a assinatura deum alvo no plano (r,y)

DificuldadeEncontrar a assinatura deum alvo no plano (r,y)

IST/IT 17

ESCOLA NAVAL - Metodologia 2D

Recontrução de Frente de Onda

22 )'('

'')/2()','()','(),(

uyxr

dydxcrtpuyxayxftusA

)],([)( tusTF t

ck

dydxuyxkjuyxayxfPusA

'')'('2exp),','()','()(),( 22

IST/IT 18

ESCOLA NAVAL - Reconstrução de frente de onda (cont)

)],([)( usTF u (Aproximação de fase estacionária)

),(),()(),( yxuu kkFkAPks ),(),()(),( yxuu kkFkAPks

''''42exp)','(),()(),( 22 dydxyjkxkkkjyxfkAPks yu

A

uu

| {z }

uy

ux

kK

kkK 224

Transformada de Fourier de f(x,y)

IST/IT 19

ESCOLA NAVAL - Reconstrução de frente de onda (cont)

),(),()(),( yxuu kkFkAPks ),(),()(),( yxuu kkFkAPks

Estimador de F

• Filtro Inverso

•Filtro Adaptado

),()(

),(),(ˆ

u

uyx kAP

kskkF

),()(

),(),(ˆ

u

uyx kAP

kskkF

),()(),(),(ˆ uuyx kAPkskkF ),()(),(),(ˆ uuyx kAPkskkF

IST/IT 20

ESCOLA NAVAL

Resposta Impulsional do filtro Adaptado

- Reconstrução de frente de onda (cont)

),,'()),(sin2( uxaukA 2),()(),( uyx kAPkkh

2),()(),( uyx kAPkkh

2|)(| P

T2

)(th

2|),(| ukA

)2/sin(2 AM kk Mk ukMk

t u

2

D

kk AM

IST/IT 21

ESCOLA NAVAL

Modo de Operação ISAR

• Alvo move-se• Sensor estático ou móvel

Complexidade adicional•Parametros de trajectória

IST/IT 22

ESCOLA NAVAL - Exemplo de ISAR

GAIR – GROUND-TO-AIR IMAGING RADAR PROCESSOR

Funções•Seguimento de aeronaves a baixa altitude• Adquirir dados ISAR• Processar os dados adquiridos e gerar imagens de alta resolução

IST/IT 23

ESCOLA NAVAL

Parâmetros de operação

IST/IT 24

ESCOLA NAVAL

AlvoAspect angle –40ºGrazing angle –23º

IST/IT 25

ESCOLA NAVAL

IST/IT 26

ESCOLA NAVAL -Técnicas de Formação de Imagem

Tópicos de Investigação em SAR

• Técnicas de Formação de Imagem

•Diversidade na polarização

• Pertubações na trajectória do sensor

• Detecção/Identificação de alvos em movimento

• Estimação de reflectividade

• Estimação de mapas de altura-InSAR

IST/IT 27

ESCOLA NAVAL

Interferometria SAR1

11ieρx

2

22ieρx

iii ψRλ

π 2

2

.)(4

212121 RR

.211 )(fh

IST/IT 28

ESCOLA NAVALAbsolute Phase estimation in InSAR (Interferometric SAR)

InSAR Problem: Estimate 2- 1 from signal read by s1 and s2

IST/IT 29

ESCOLA NAVAL

Dificuldades

É apenas possível determinar módulo 2é uma função periódica de período 2

Os dados radar estão imersos em ruído (por exemplo, ruído térmico)

O termo não é nulo devido a descorrelação dos tipos geométrico, temporal e espacial.

2 1

1ie

IST/IT 30

ESCOLA NAVAL

Geometria InSAR

R

h

B

H

S

Rt

21R

a

b

'

1

2

S

_

c

2B

1S

'

_ S

.

hR

R2

)(cosBR2

ΔR

R2

2B)(sinBR2R 01

0

01

)(sinBR

||B

00 .)(cosBR

B

0h

.sin4

RB

h 1h

IST/IT 31

ESCOLA NAVAL

I1

I2

I (1,1)1

1j 2 3 5 64 87 j+19

2

i1

6543

i+1987

I2

x

2I (1,1)

I (N,N)1

I (N,N)2

y

x

y

a b

I (5,5)1

I (k,l)2

Registo

Jj,i

*2112 )j,i(I)lj,ki(I)l,k(R̂

).l,k(R̂maxarg)l̂,k̂(l,k

N

1ii

Jk̂

N

1k̂

N

1ii

Jl̂

N

1l̂

IST/IT 32

ESCOLA NAVAL

ExemploImagem de amplitude Disparidades da imagem reamostrada

IST/IT 33

ESCOLA NAVAL

Interferograma

N

1i

22i

N

1i

21i

N

1i

*2i1i

xx

xx

ˆML

Coerência

IST/IT 34

ESCOLA NAVAL

Histogramas da coerência

Após registo grosso Após registo fino

IST/IT 35

ESCOLA NAVAL Results

IST/IT 36

ESCOLA NAVAL

} truth surface (15:15:120)

Estimated surface (15:15:120)+2

Results

IST/IT 37

ESCOLA NAVAL

Original Estimated

Results

IST/IT 38

ESCOLA NAVAL

Outro Exemplo

IST/IT 39

ESCOLA NAVAL