Figuur 1: Illustrasie van die SAR-beeldgeometrie 

Hoe Die Sirkelvormige Terugstrooidata Opgeneem Is

Die eksperimentele opstelling het twee horingantennas gebruik wat aan ’n vektornetwerkanaliseerder, of VNA, gekoppel was. Hierdie instrument meet hoe elektriese seine verander wanneer hulle deur ’n stelsel beweeg of daarvan weerkaats. Een antenna het die seine uitgestuur en die ander een het die weerkaatste energie ontvang.

Weerkaatsende teikens is op ’n roterende voetstuk ongeveer 70 cm van die antennas geplaas. Die voetstuk het ’n volledige rotasie van 360 grade in stappe van 1,8 grade voltooi, wat metings vanuit 200 kykhoeke opgelewer het. Die toerusting het 566 frekwensiemonsters by elke hoek opgeneem.

Die eerste eksperiment het een teiken gebruik wat ongeveer 20 cm van die middel van die voetstuk geplaas is. ’n Tweede eksperiment het drie teikens op verskillende posisies gebruik. Die finale algoritme kon dus op ’n eenvoudige toneel en ’n toneel met verskeie weerkaatsende voorwerpe getoets word.

Hoe Die Rou Radarmetings Verwerk Is

Die opgeneemde data kon nie direk in ’n beeld omskep word nie. Die algoritme het eers metings onder 1 GHz verwyder omdat die antennas nie betroubare resultate by daardie frekwensies kon lewer nie.

Daarna het die algoritme agtergrondaftrekking toegepas om weerkaatsings te verwyder wat opgeneem is toe geen teiken teenwoordig was nie. Vensterfunksies het sylobbe verminder. Dit is ongewenste seinpieke wat nabygeleë teikens kan verdof of verberg. Zero-padding, waar ekstra nulwaardes by die sein gevoeg word, het ’n fyner gespasieerde uitset geskep en die vertoonde afstandsresolusie verbeter.

Die stelsel het ook die afstandsprofiele vanuit verskillende hoeke belyn. ’n Afstandsprofiel toon die sterkte van weerkaatsings op verskillende afstande van die radar. Sonder belyning kan die sterkste weerkaatsing tussen afstandsposisies beweeg namate die voetstuk draai, wat ’n dowwe beeld tot gevolg het.

Figuur 2: Foto van die eerste eksperimentele opstelling, geneem voor die antennas

Waarom Die Eerste Algoritme Vervang Is

Bissessur het aanvanklik ’n Range-Doppler-algoritme geïmplementeer. Hierdie gevestigde metode kombineer afstands- en bewegingsinligting om ’n tweedimensionele radarbeeld te skep.

Hoewel die eerste algoritme die teiken korrek in die afstandsrigting geplaas het, het dit nie die teiken se korrekte posisie dwars oor die beeld weergegee nie. Die metode het nie nou genoeg by die geometrie van die sirkelvormige draaitafelmetings gepas nie.

Die projek het toe na ’n terugprojeksie-algoritme oorgeskakel. Hierdie metode het ’n rooster van 256 by 256 pixels geskep wat in albei rigtings van minus 30 cm tot 30 cm gestrek het. Die algoritme het vir elke kykhoek die afstand tussen die antennas en elke punt op die rooster bereken. Dit het daarna die ooreenstemmende weerkaatste seinenergie by daardie punt gevoeg.

Omdat die opgeneemde afstandswaardes diskreet was, het hulle nie altyd presies met die berekende afstand na ’n pixel ooreengestem nie. Lineêre interpolasie het waardes tussen die metings beraam, sodat elke roosterpunt ’n geskatte seinwaarde kon ontvang.

Hoe Die Bes Gefokusde Beeld Gevind Is

Die eerste teruggeprojekteerde beeld was steeds onduidelik omdat die gemete afstand tussen die antennas en die middel van die toneel nie akkuraat genoeg vir die beeldrekonstruksie was nie. Selfs ’n klein meetfout het veroorsaak dat die weerkaatste energie oor verskeie pixels versprei het.

Die projek het ’n minimum-entropie-metode gebruik om dit reg te stel. Beeldentropie meet hoe wyd die seinenergie oor ’n beeld versprei is. ’n Gefokusde radarbeeld konsentreer die meeste energie rondom ’n klein aantal teikenpixels en het dus ’n laer entropiewaarde.

Die algoritme het moontlike afstande tussen 60 cm en 80 cm getoets en die waarde gekies wat die laagste beeldentropie opgelewer het. ’n Toets van 10 moontlike waardes het ’n geskatte afstand van 73,33 cm gelewer en binne minder as vyf sekondes voltooi. ’n Toets van 50 waardes het ’n effens skerper resultaat by 74,29 cm gelewer, maar die berekening het ongeveer vier keer langer geneem. Hierdie vergelyking het die balans tussen beeldfokus en berekeningstyd getoon.

Wat Die Resultate Gewys Het

Die finale beeld het die enkele teiken by koördinate van ongeveer minus 22 cm en 0 cm geplaas. Die werklike teiken was by minus 20 cm en 0 cm, wat ’n dwarsafwyking van ongeveer 2 cm gelaat het. Die afstand vanaf die antennas is korrek gerekonstrueer.

Die gemete resolusie was 1,65 cm in die afstands- en dwarsrigtings. Die beeld het ook ’n sterk teikenpiek en lae seinvlakke oor die res van die toneel getoon. Dit dui daarop dat die agtergrondaftrekking en vensterfunksies geraas en ongewenste sylobbe verminder het.

Die hoeveelheid sirkelvormige data het die beeldgehalte beïnvloed. Die gebruik van die helfte van die 200 kykhoeke het steeds ’n herkenbare en redelik gefokusde beeld gelewer. Die gebruik van slegs ’n kwart het ’n swak gefokusde resultaat opgelewer omdat die kleiner hoekspan die dwarsresolusie verminder het.

Toe dieselfde algoritme die datastel met drie teikens verwerk het, het dit drie duidelike pieke in die verwagte gebiede opgelewer. Die afstandskoördinate was akkuraat, hoewel die teikens dieselfde soort dwarsafwyking as die enkele teiken getoon het.

Slotsom

Die projek het sy hoofdoel bereik deur ’n ISAR-rekonstruksie-algoritme te ontwikkel wat opgeneemde sirkelvormige terugstrooidata in ’n gefokusde beeld omskep. Dit het ook gewys waarom die rekonstruksiemetode by die meetopstelling se geometrie moet pas. Toe die eerste benadering nie geskik was nie, het die projek na terugprojeksie oorgeskakel en ’n beeldgebaseerde metode gebruik om meetonsekerheid te hanteer.

Toekomstige werk kan die oorblywende dwarsafwyking regstel en die algoritme op meer komplekse teikens met verskillende vorms en groottes toets. Die bestaande MATLAB-stelsel bied ’n praktiese grondslag vir verdere werk in radarbeelding, voorwerpherkenning en teikenontleding.