Processing of dual-orthogonal CW polarimetric radar signals

G Babur

    Research output: ThesisDissertation (TU Delft)

    Abstract

    Samenvatting Polarimetrische radar maakt het mogelijk om de volledige elektromagnetische vectoriële beschrijving van waargenomen objecten te gebruiken. Hij meet de vier complexe elementen van de verstrooiïngsmatrix, die de transformatie van een elektromagnetisch veld dat reflecteert op een object beschrijft in amplitude en fase. Alle vier elementen kunnen gelijktijdig teruggevonden worden door het uitgezonden signaal samen te stellen uit twee signalen die vanuit twee gezichtspunten orthogonaal (dubbel-orthogonaal) zijn: Het eerste gezichtspunt is dat de twee samenstellende signalen in de twee orthogonale richtingen van een polarisatie basis liggen. Het tweede gezichtspunt is dat de beide samenstellende signalen onderling orthogonaal zijn. De golfvormen zijn ingewikkeld en bieden voordelen zoals een hoge resolutie en een hoog vermogen door compressie van het ontvangen signaal in de ontvanger. Continue golfvormen (CW ¿Continuous Wave) voorzien in een additionele manier om het piek vermogen te reduceren met behoud van de detectie prestatie: In vergelijking met pulsvormige uitzendingen hebben CW-signalen een laag piek vermogen, omdat zij met een 100% duty cycle werken. Echter dubbel-orthogonale polarimetrische CW-radar signalen zijn nog niet in algemeen gebruik en vergen nader onderzoek. Daarom is dit proefschrift gericht op de bewerking van dit soort signalen. Het proefschrift bestaat uit twee delen. Het eerste deel is gewijd aan de theorie van dubbel-orthogonale polarimetrische CW-radarsignalen. De eerste orthogonaliteit, de polarimetrische, is een bekende eigenschap van polarimetrische radar. De keuze van de tweede orthogonaliteit, die van de samenstellende signalen, is niet vanzelfsprekend duidelijk voor veel radar ontwerpers. Alle soorten van orthogonaliteit tussen radarsignalen zijn beschreven. Het concept van dubbel-orthogonale polarimetrische radarsignalen en enkele soorten signalen zijn gepresenteerd. De bewerking van de ingewikkelde signalen houdt in dat ze op de een of andere wijze gecomprimeerd worden. Indien dubbel-orthogonale signalen worden uitgezonden, dan vindt de compressie plaats in twee polarimetrische radar ontvanger kanalen (in overeenstemming met de orthogonale polarizaties). Beide ontvangerkanalen zijn bovendien gesplitst in twee takken (overeenkomend met de twee orthogonale signalen). Het proefschrift presenteert een vergelijking van de compressietechnieken voor de dubbel-orthogonale ingewikkelde signalen, namelijk correlatie en ¿de-ramping¿. De nieuwe tijd-frequentie representatie van het zwevingssignaal (¿beat signal¿) in frequentiegemoduleerde CW (FMCW) polarimetrische radar met gelijktijdige meting van alle elementen van de verstrooiïngsmatrix is beschreven. Met polarimetrische radar kunnen snel bewegende objecten waargenomen worden. Omdat de ingewikkelde signalen gebruikelijk een groot tijd-bandbreedte product kennen, kan de ondervonden beweging van het object tot specifieke effecten betreffende de bandbreedte van het verstrooide signaal leiden. De gebruikelijke benadering van het Doppler effect in smalbandige signaalmodellen legt beperkingen op aan het tijd-bandbreedte product van het ingewikkelde signaal en/of de snelheid van de waargenomen objecten. Een nieuw breedband correlatie proces dat deze beperkingen overwint is voorgesteld voor polarimetrische radar signalen. Ook een nieuw breedband model van de ¿de-ramped¿ signalen is beschreven. Het tweede deel van het proefschrift is gewijd aan geavanceerde signaalbewerking in polarimetrische radar met continue golfvorm (en een focussering op polarimetrische FMCW radar). Hoewel de ingewikkelde uitgezonden signalen orthogonaal zijn in termen van hun inwendig product, is hun kruiscorrelatie in de praktijk niet nul, vanwege de effecten van hun eindige lengte in tijd (herhalingsinterval). Dit beperkt de isolatie tussen de signaalvertakkingen in de radar ontvanger. Daarom stelt het proefschrift een nieuwe techniek voor ten behoeve van ¿quasi-gelijktijdige¿ meting van de elementen van de verstrooiïngsmatrix, die een hoog niveau van isolatie kan bereiken. De ambitie om de radarprestatie te verbeteren, namelijk de verbetering van het oplossend vermogen in afstand, heeft geleid tot de ontwikkeling van een nieuwe flexibele ¿de-ramping¿ bewerking, die toepasbaar is in zowel één-kanaals als in polarimetrische FMCW-radar. Het isolatieprobleem in de polarimetrische FMCW radar in het bijzonder is accuut. Een nieuwe methode die het probleem verlicht is ontworpen. Hij is gebaseerd op een representatie van het ¿de-ramped¿ signaal in het tijd-frequentievlak dat in het eerste deel van het proefschrift werd beschreven. Modellering van de voorgestelde methode demonstreerde de hoge effectiviteit ervan. Enkele onderwerpen voor toekomstig onderzoek zijn voorgesteld. Dit proefschrift is geschreven bij het International Research Centre for Telecommunications and Radar (IRCTR) van de Technische Universiteit Delft. De demonstratie van de voorgestelde en beschreven technieken vindt plaats in de Delftse radar PARSAX: Polarimetric Agile Radar in S- and X-band.
    Original languageUndefined/Unknown
    QualificationDoctor of Philosophy
    Awarding Institution
    • Delft University of Technology
    Supervisors/Advisors
    • Ligthart, Leo, Supervisor
    Award date11 May 2009
    Place of PublicationDelft
    Publisher
    Print ISBNs9789076928166
    Publication statusPublished - 2009

    Keywords

    • authored books
    • Diss. prom. aan TU Delft

    Cite this