View
220
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Markavbildning med adaptivaSAR-algoritmer
Flygteknik 2010 18-19/10
Patrik Dammert, Hans Hellsten, Anders Åhlander (Saab EDS)
Annelie Wyholt, Lars Ulander (Inst. för Rymd- och Geovetenskap, Chalmers Tekniska Högskola)
Rev AINTERN
Markavbildning med adaptiva SAR-algoritmer
Syntetisk Apertur Radar
Inversionstransform och SAR fokuseringsalgoritmer
Nya möjligheter• Högpresterande autofokus• Rörliga mål• Underjordskartering
Sammanfattning
Rev AINTERN
Ingen diskriminering av objektinom radarantennens huvudlob
Upplösning begränsad avantennens fysiska utsträckning
Antenn-lob
Avbildning med radar –Real Real beambeam mappingmapping
Rev AINTERN
Avbildning med radar –Syntetisk aperturradar (SAR)Syntetisk aperturradar (SAR)
Diskriminering av objektinom radarantennens huvudlob
Upplösning begränsad avden syntetiska antennensutsträckning
Syntetiskantennlob
Syntetisk apertur
Rev AINTERN
Syntetisk apertur
Avbildning med radar –Syntetisk aperturradar (SAR)Syntetisk aperturradar (SAR)
Diskriminering av objektinom radarantennens huvudlob
Upplösning begränsad avden syntetiska antennensutsträckning
SyntetiskantennlobSAR-bilden innebär en
transform av registrerade radarekonEn stor mängd
fokuseringsalgoritmer existerar
Puls
eko
nr
Avstånd
Azi
mut
Transform
Fokusering,processning,kompressionetc...
Radarekon SAR-bild
Avstånd
Rev AINTERN
Avbildning med radar –Syntetisk aperturradar (SAR)Syntetisk aperturradar (SAR)
Diskriminering av objektinom radarantennens huvudlob
Upplösning begränsad avden syntetiska antennensutsträckning
Syntetiskantennlob
Generellaalgoritmkrav
1. Avvikelse från rakbana inget hinder2. Beräkningseffektiva3. Kompakt beskrivning av
algoritmapproximationer
SAR-bilden innebär en transform av registrerade radarekon
En stor mängd fokuseringsalgoritmer existerar
Rev AINTERN
SAR: FokuseringsalgoritmerSAR: Fokuseringsalgoritmer
1951SAR
Tomografi
Seismik
Krokigabanor
Inversions-teori
~1980 ~1990 ~2000
Våtfi
lm+
linse
r
DopplerRange
MigrationFourierHankel
BP GBP FFB
Four
ier
Tid
Polär
Hög upplösning+ stor täckning
M1M2
M3
M4
Rev AINTERN
SAR: Inversion vid ideal rakbana
Rak flygbana
Algoritmer: Fourier-Hankel,Range migration etc.
Egenskaper:Oberoende av upplösning,
våglängd, täckningRakbana krav
Rev AINTERN
SAR: Inversion vid krokig bana
Krokig flygbana
Om rakbana antas defokuseras SAR-bildenRakbana kan användas vid
Måttlig upplösningLiten täckning (+trad. autofokus)
Rev AINTERN
SAR: Inversion vid krokig bana
Krokig flygbana
Algoritm: Global bakåtprojektion (GBP)
Egenskaper:Oberoende av upplösning,
våglängd, täckningMycket beräkningstung
Rev AINTERN
SAR: Inversion vid krokig bana
Krokig flygbana
Algoritm: Faktoriserad bakåtprojektion(FFB)
Egenskaper:Oberoende av upplösning,
våglängd, täckningBeräkningsbörda jmfbar
med fouriermetoder
Rev AINTERN
Fast Factorized Backprojection - base 2 shown
S i
d u
p p
l ös
n i n
ng
I t e
r a
t i o
n e
r
S u b a p e r t u r e r
Rev AINTERN
FFB egenskaper
Beräkningseffektiv implementering av
1. Högpresterande autofokus2. Avbildning och detektion
av rörliga mål3. Avbildning och kartering
av objekt under markytan
ü
üü
FFB
Generella SARalgoritmkrav
1. Avvikelse från rakbana inget hinder
2. Beräkningseffektiva3. Kompakt beskrivning av
algoritmapproximationer
+
(Inherent)
(N2logN)
(Grad av faktorisering)
Rev AINTERN
FFB: Högpresterande autofokus
Ny subapertur
Supapertur 1- Fokuserad Subapertur 2
- Fokuserad
A
BSubapertur-sammanslagningBas 2
Vid sammanslagning variera banparametrar (4 : 2 primära, 2 sekundära)som påverkar fokuseringen
Faktoriseringen reducerar kraftigt beräkningskomplexitet hos autofokus !
Grundläggande ide: Rekonstruera flygbanan(trad. algoritmer skattar residualer från bild)
Rev AINTERN
FFB: Högpresterande autofokus –Operationer vid sammanslagning
FokuseringskriteriumGeometriantagande
Subapertur-bild
Sammanslagning
Nav systemdata
Bildtransform
iterationer
Fokuseringsparametrar:1. Polvinkel2. Medellängd3. Vinkel markplan4. Skillnad i längd
Fokuseringskriterium:1. Entropi2. Koherenskvot3. Bildkorrelation
Prel. konvexaegenskaper
Rev AINTERN
GPS-data - vanlig FFB Felaktiga GPS-data + FFB autofokus
SAR-data från Carabas-II
FFB: Högpresterande autofokus –Resultat
Rev AINTERN
FFB: Rörliga mål
Rörliga mål felplacerasoch defokuseras
Korrekt position och fokus i SAR-bild förutsätter stationära objekt
FFB: Introducera kanaler för olika rörelsehypoteser i sådantakt att fokusering behålls för ökande subaperturlängder
vrar
Syntetiskapertur
Faktiskposition
y
Defokuserad skenbarposition i SAR-bild
Rev AINTERN
v
a
SAR bilder
2802828Summa processade kanaler
25616160.033110
16440.12120.59
1110.48480.258
111≥ 1.9≥ 190≤ 0.1251-7
Totalkan. #
Acc.kan. #
Hast.kan. #
Acc.tole-rans [m/s2]
Hast. tole-rans [m/s]
Integr.tid [s]
FFBiter.nr.
I n t
e g
r a t
i o n
s t
i d
t
Bearbetningstid
Beräkningsbörda är 28ggr större jmf med(1-kanals) normal SARför 256 kanaler.
2 x 2 mover channels
4 x 4 mover channels
Standard SAR channel
Standard SAR channel
FFB: Rörliga mål – Exempel
Rev AINTERN
A z
i i m
u t
Objekt i rörelse
Ampl
itud
[dB
]
Rörligaobjekt
Ampl
itude
[dB
]
Simulering SAR data
Saab EDS SAR/GMTI X-band Experiment System3 m avst uppl. (20 / 3 / .8 m) 0.5 s integrationstid15 km avstånd (10-100 km)80 m/s plattformsfart
A v s t å n d
FFB: Rörliga mål – Resultat
Rev AINTERN
A z
i i m
u t
A v s t å n d
Saab EDS SAR/GMTI X-band Experiment System3 m avst uppl. (20 / 3 / .8 m) 0.5 s integrationstid15 km avstånd (10-100 km)80 m/s plattformsfart
11 dB 6 dB
Simulering SAR data
Objekt i rörelse
FFB: Rörliga mål – Resultat
Rev AINTERN
FFB: Objekt under markytanVåglängd i fri rymd
Våglängd i mark
Vid Brewstervinkelnbryts hela vågen ner i marken
Struktur mindre änvåglängd påverkarinte spridningen(ytan optisk jämn,skrovlighet < λ/8)
Den förändrade vågutbredningen i marken defokuserar objekt under markytan
Rev AINTERN
FFB: Objekt under markytan
Graden av defokusering beror påaktuell SAR upplösning (subaperturlängd) samtobjektets djup under markytan
FFB Iterationsnivå (= subaperturlängd)
Fokuserat markskikt
Objektets djupunder ytan påverkar fokuseringen
FFB: Introducera kanaler (markskikt) i sådan takt attfokuseringen behålls för ökande subaperturlängder
Rev AINTERN
Sammanfattning
Faktoriserad bakåtprojektion – FFB – en god grund för beräkningseffektiva algoritmer vid markavbildning
Högpresterande autofokus • Oberoende av dyra (och exportkontrollerade) TN/NAV-system
Rörliga mål• Förbättrad känslighet för rörliga mål
Objekt under markytan• Avbildning och detektion
Ett nära samarbete med Chalmers Tekniska Högskola och FOI(samt med Högskolan i Halmstad och Linköpings Universitet)
Recommended