بخشی از مقاله
چکیده- آشکارسازی اهداف متحرک و تصویربرداری از آنها با استفاده از رادارهای روزنهمصنوعی در بسیاری از کاربردها مورد توجه است. در پردازشهای معمول رادارهای روزنه مصنوعی، تصویر هدف متحرک مات و جابهجا است. آشکارسازی هدف متحرک و تخمین پارامترهای داپلر هدف، منجر به تشکیل تصویر درست از هدف میشود. قبل از مرحلهی آشکارسازی و تخمین الزم است که سیگنال هدف متحرک از کالتر جداسازی شود.
روشهای حذف کالتر را میتوان به دو دستهی عمدهی روشهای تک آنتنی و روشهای چند آنتی دستهبندی کرد. زمانی که سرعت شعاعی هدف صفر است، هر دو روش مذکور برای جداسازی سیگنال هدف متحرک از کالتر با مشکل روبرو میشوند .در این مقاله با استفاده از ابزار فوریهکسری روشی برای جداسازی سیگنال هدف متحرک از کالتر و حذف کالتر ارائه شده است. در روش پیشنهادی عالوه بر دستیابی به مقادیر قابل توجه نسبت سیگنال به کالتر، سیگنال دریافتی از اهدافی که به موازات مسیر سکو حرکت میکنند و سرعت شعاعی صفر دارند با دقت بسیار خوبی قابل بازیابی است.
-1 مقدمه
آشکارسازی و یا تصویربرداری از هدف متحرک در بسیاری از کاربردها مورد توجه است. بهرهگیری از مد SAR1/GMTI2 عالوه بر تشکیل تصویر، به دستهبندی اهداف موجود در صحنه نیز کمک میکند. در رادارهای روزنهمصنوعی، الگوریتمهای تشکیل تصویر با فرض ساکن بودن اهداف در صحنهی مورد مشاهده طراحی شده اند. در صورت وجود هدف متحرک در صحنه، تصویر اینگونه اهداف مات و جابهجا خواهد بود.
در صورتی که سیگنال هدف متحرک آشکارسازی شود و پارامترهای داپلر هدف به درستی تخمین زده شوند، میتوان به تصویر متمرکزی از هدف دست پیدا کرد. قبل از آشکارسازی سیگنال هدف متحرک و تخمین پارامترهای داپلر آن، الزم است یک مرحله حذف کالتر انجام شود. به طور کلی روشهای حذف کالتر به دو دستهی تک آنتنی و چند آنتنی تقسیم میشوند. الگوریتمهای تک آنتنی از فیلترینگ در حوزهی داپلر برای حذف کالتر و استخراج سیگنال هدف متحرک بهره میبرند. در [1] مدل سیگنال برگشتی از هدف متحرک استخراج شده و ایدهی فیلتر کردن طیف سیگنال هدف متحرک ارائه شده است. همچنین حداقل سرعت شعاعی برای جداسازی سیگنال هدف متحرک بدست آمده است.
در [2] نیز یک روش تک آنتنی مبتنی بر فیلتر کردن بر اساس نرخ داپلر پیشنهاد شده است که برای اهداف با سرعت شعاعی کم مناسب است. از روشهای معروف چندآنتنی میتوان به DPCA3 و STAP4 اشاره کرد. DPCA از سیگنالهای دو آنتن و STAP از سیگنالهای بیش از دو آنتن که در راستای حرکت سکو پشت سرهم قرار گرفتهاند، برای حذف کالتر استفاده میکنند. در [3] الگوریتم DPCA برای رادارهای SAR/GMTI با بیش از دو آنتن تعمیم داده شده است. افزایش تعداد آنتن منجر به حجم زیاد داده میشود. در [4] برای کاهش حجم داده، الگوریتم STAP مبتنی بر حسگری فشرده ارائه شده است. در کل، افزایش تعداد آنتن، در عمل منجر به پیچیدگی سیستم میشود.
در این مقاله یک روش تک آنتنی مبتنی بر ابزار فوریه کسری برای حذف کالتر ارائه شده است. تبدیل فوریهکسری ابزار ریاضی قدرتمندی برای تحلیل سیگنالهایی است که طیف متغیر با زمان دارند .[6] [5] از آنجا که سیگنال برگشتی از هدف در رادارهای روزنهمصنوعی نیز یک سیگنال LFM5 بوده و دارای طیف متغیر با زمان است، بنابراین استفاده از تبدیل فوریهکسری میتواند در تحلیل این سیگنال مورد استفاده قرار گیرد. فوریه کسری دارای پارامتر مرتبهی تبدیل یا زاویه دوران است که برای یک سیگنال LFM با نرخ مدوالسیون رابطه دارد.
در [8] روشی پیشنهاد شده است که با استفاده از فوریه کسری و جستجو بر روی مقادیر مرتبهی تبدیل، اهداف آشکارسازی و پارامترهای آنها تخمین زده میشود و هر هدف پس از آشکارسازی از سیگنال موجود حذف میشود. در مقالهی حاضر از تبدیل فوریهکسری به منظور دیگری استفاده میشود. به طور مشخص، با توجه به معلوم بودن پارامترهای هدف ثابت یا کالتر، مرتبهی تبدیل فوریهکسری برای آشکارسازی کالتر از قبل مشخص بوده و لذا با توجه به این خاصیت، پیشنهاد حذف کالتر از سیگنال دریافتی رادار روزنهمصنوعی با کمک تبدیل فوریهکسری ارائه میشود.
همچنین نشان خواهیم داد که برخالف حوزهی فوریه،برای جداسازی طیف سیگنال هدف متحرک از کالتر در حوزهی فوریهکسری نیازی به سرعت شعاعی نداریم و طیف سیگنال اهدافی که فقط دارای سرعت در راستای سمت سکو هستند و به موازات سکو حرکت میکنند با اتالف کمی قابل بازیابی است. در ادامه، در بخش دوم مدل سیگنال برگشتی از هدف ساکن و متحرک را مورد بررسی قرار میدهیم. در بخش سوم به مطالعه فوریه کسری و طیف سیگنال LFM در این حوزه میپردازیم. در بخش چهارم حذف کالتر در حوزهی فوریه کسری را پیشنهاد میکنیم. دربخش پنجم با استفاده از شبیهسازی، کارایی الگوریتم پیشنهادی را بررسی و با روش مرسوم حذف کالتر در حوزهی فوریه مقایسه میکنیم. در بخش آخر نیز جمعبندی نتایج بدست آمده ارائه میگردد.
-2 مدل سیگنال هدف ساکن و هدف متحرک در رادارهای روزنهمصنوعی برای دستیابی به تفکیکپذیری در راستای برد از فشردهسازی پالس و برای دستیابی به تفکیکپذیری در راستای سمت، با استفاده از حرکت سکوی رادار، از تکنیک روزنه مصنوعی استفاده میشود. در رادارهای روزنه مصنوعی دو مفهوم زمان برد - - t r و زمان سمت - - ta وجود دارد. زمان سمت برای توصیف حرکت سکو و زمان برد برای توصیف انتشار موج استفاده میشود. سیگنال ارسالی، یک سیگنال LFM در زمان برد است. در ادامه خواهیم دید که سیگنال دریافتی از هدف یک سیگنال دو بعدی و LFM در هر دو زمان زمان سمت و برد است. به علت قابل صرفنظر بودن سرعت حرکت سکو در مقابل سرعت انتشار موج، فرضیهی توقف-حرکت6 برقرار است، یعنی در هنگام ارسال یک سیگنال و دریافت سیگنال اکو میتوان سکو را بیحرکت فرض کرد.
