Συγκριτική μελέτη των μετασχηματισμών χρόνου - συχνότητας για σήματα ραντάρ αντίστροφης συνθετικής απεικόνισης εναέριων στόχων

Abstract

A comparative study of time-frequency (TF) transforms for Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) imaging is presented. Following a concise presentation of the ISAR geometry and the ISAR imaging method used in this work, we introduce the theory of the linear and the bilinear TF transforms involved in our numerical simulations. Extended numerical results are presented for a reference simulated radar target that has a rotational motion and for various noise conditions. The constructed ISAR images are presented and analyzed quantitatively using an entropy cost function criterion, while corresponding run-time considerations have also been taken into account. Moreover, the same simulation has taken place for the ISAR imaging of a target that is moving along a rectilinear trajectory at constant speed, without any rotational motion. As a result, it appears that the Smoothed Pseudo Wigner-Ville (SPWV) distribution provides us with images of superior quality, for both ISAR scenarios. Furthermore, the analysis of the results demonstrates the usefulness of bilinear TF methods in ISAR imaging and showcases the relative performance advantages and disadvantages of the various distributions.

Παρουσιάζεται μια συγκριτική μελέτη των μετασχηματισμών χρόνου-συχνότητας για ραντάρ αντίστροφης συνθετικής απεικόνισης (ISAR). Αρχικά, αποδίδεται μία λεπτομερής παρουσίαση της γεωμετρίας ISAR καθώς και των μεθόδων-αλγορίθμων απεικόνισης στόχου ραντάρ αντίστροφης συνθετικής απεικόνισης, ενώ γίνεται μια εισαγωγή στο θεωρητικό υπόβαθρο των γραμμικών και διγραμμικών μετασχηματισμών που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή των αριθμητικών αποτελεσμάτων. Παρουσιάζονται πλήθος αριθμητικών αποτελεσμάτων για έναν εναέριο στόχο ραντάρ, ο οποίος εκτελεί περιστροφική κίνηση γύρω από το κέντρο μάζας του, για πολλές περιπτώσεις θορύβου. Οι τελικές ISAR απεικονίσεις του στόχου αποδίδονται και αναλύονται ποιοτικά με τη χρήση μιας συνάρτησης κόστους βασιζόμενη στον ορισμό της εντροπίας. Επιπρόσθετα, οι χρόνοι υπολογισμού των απεικονίσεων λαμβάνονται υπόψη. Αντίστοιχη, εν συνεχεία, προσομοίωση λαμβάνει χώρα για την ISAR απεικόνιση στόχου, που όμως θεωρείται ότι εκτελεί κίνηση σε ευθύγραμμη τροχιά με σταθερή ταχύτητα, χωρίς καμία περιστροφική κίνηση. Συμπερασματικά, ο μετασχηματισμός Smoothed Pseudo Wigner-Ville αποδίδει απεικονίσεις των στόχων -και για τις δύο περιπτώσεις- εξαιρετικής ευκρίνειας και ποιότητας. Επιπρόσθετα, η ανάλυση των αποτελεσμάτων καταδεικνύει την χρησιμότητα των διγραμμικών μετασχηματισμών χρόνου-συχνότητας για ISAR απεικονίσεις στόχων, ενώ παρουσιάζει και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του κάθε μετασχηματισμού.