Μαθηματικές και ηλεκτρομαγνητικές μέθοδοι για συστήματα ραντάρ συνθετικής απεικόνισης (SAR)
Authors: Μαλάμου Άννα 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, αναπτύχθηκε αρχικά η μαθηματική θεωρία καιη μεθοδολογία για τη δημιουργία δεδομένων οπισθοσκέδασης ραντάρ συνθετικήςαπεικόνισης (SAR). Προσομοιώθηκε σύμφωνα με τη γεωμετρία του ραντάρσυνθετικής απεικόνισης ένα μοντέλο πλοίου που αποτελείται από σημειακούςσκεδαστές. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση ανακατασκευής εικόναςSAR για ένα δισδιάστατο ή τρισδιάστατο στόχο όπου ο φορέας του ραντάρ είναιαεροσκάφος ή ένας δορυφόρος, ανακατασκευή εικόνας SAR για διαφορετικές γωνίεςστρέψης του στόχου και προσομοίωση ανακατασκευής εικόνας SAR για μεγαλύτερηδιάρκεια παρατήρησης στόχου.Κατόπιν, εφαρμόστηκε ένας αλγόριθμος αυτοεστίασης του διαχωριζόμενουσυμφασικού διαστήματος επεξεργασίας (CPI-split autofocusing) σε δύο διαφορετικάσενάρια προσομοίωσης καθώς επίσης και σε πραγματικά δεδομένα από ραντάρ SAR.Στο πρώτο σενάριο προσομοίωσης σε ορισμένα συμφασικά διαστήματα επεξεργασίαςεισάγεται μία κίνηση ταλάντωσης του στόχου λόγω της κίνησης της επιφάνειας τηςθάλασσας, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή μη εστιασμένων εικόνων SAR.Στο δεύτερο σενάριο προσομοίωσης σε ορισμένα συμφασικά διαστήματαεπεξεργασίας θεωρείται ότι συμβαίνει απώλεια δεδομένων λόγω δυσλειτουργίας τουδέκτη ή του πομπού του ραντάρ, η οποία έχει ως αποτέλεσμα την παραμόρφωση τωνεικόνων SAR. Η εφαρμογή του προτεινόμενου αλγορίθμου, είχε ως αποτέλεσμα τηνπαραγωγή εστιασμένων εικόνων SAR και στα δύο παραπάνω σενάριαπροσομοίωσης. Επιπλέον ο αλγόριθμος εφαρμόστηκε και στην περίπτωσηπραγματικών δεδομένων ραντάρ, που απεικονίζουν κινούμενους στόχους (πλοία)στην επιφάνεια της θάλασσας. Και στην περίπτωση των πραγματικών δεδομένωναποδείχθηκε ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος είναι αποτελεσματικός στο να παράγειεστιασμένες εικόνες SAR. Τα σενάρια προσομοίωσης και η εφαρμογή σταπραγματικά δεδομένα αποδεικνύουν την προσαρμοστικότητα της διαδικασίαςαυτοεστίασης σε διαφορετικές περιπτώσεις και σενάρια απεικόνισης SAR εικόνων.Επιπρόσθετα παρουσιάστηκε μία νέα προσέγγιση για την κατηγοριοποίηση διαφόρωνκατηγοριών εδαφών που συναντώνται στις εικόνες ραντάρ συνθετικής απεικόνισης(SAR). Η προτεινόμενη μέθοδος κατηγοριοποίησης εφαρμόζει τον αλγόριθμο τηςτροποποιημένης fractal υπογραφής (Modified Fractal Signature, ΜFS), ο οποίοςβασίζεται στον υπολογισμό των καμπύλων της fractal διάστασης (fractal dimension)και κατόπιν στη σύγκρισή τους για διάφορες υπο-εικόνες που προέρχονται απόπραγματικές εικόνες SAR. Τα αποτελέσματα του πίνακα κατηγοριοποίησης πουπροέκυψε καταδεικνύουν σωστά αποτελέσματα κατηγοριοποίησης βασισμένα σεπραγματικές εικόνες SAR.Τέλος εξετάστηκε μία νέα μέθοδος για τον χαρακτηρισμό της τραχύτητας fractalεπιφανειών από οπισθοσκεδαζόμενα δεδομένα ραντάρ επαρκούς εύρους ζώνης. Απότα διαγράμματα του συντελεστή οπισθοσκέδασης ως προς τον κυματαριθμό(συχνότητα) του προσπίπτοντος ηλεκτρομαγνητικού κύματος, προκύπτει ότι καθώςαυξάνει η τραχύτητα της fractal επιφάνειας, τότε η παρατηρούμενη κλίση μεταξύ τουκεντρικού λοβού και του πρώτου πλευρικού λοβού επίσης αυξάνεται. Επιπλέον, ητιμή του διαθέσιμου εύρους ζώνης αποτελεί κρίσιμο παράγοντα και πρέπει να είναιικανοποιητικά μεγάλη έτσι ώστε να μπορεί να γίνει σωστός χαρακτηρισμός τηςτραχύτητας της επιφάνειας. Επιπρόσθετα, μία πιθανή έλλειψη επαρκούς εύρουςζώνης, είναι δυνατό να αντισταθμιστεί με την αύξηση του μήκους της μονοδιάστατηςτραχείας επιφάνειας (patch size), η οποία προκύπτει με την αύξηση του εύρουςδέσμης ή με την αύξηση του ύψους του φορέα του ραντάρ.