SAR noktasal ışık modu benzetimi ve kalman filtre kullanarak görüntü geriçatımı
Spotlight SAR simulation and image reconstruction via kalman filter
Yazar: AYŞE YAVUZ KONUŞLU
Danışman: Y.DOÇ.DR. YAKUP ÖZKAZANÇ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Sentetik Açıklık Radarı (SAR), uçak veya uydu üzerinden uzaktan görüntüleme amacıyla kullanılan ve her türlü hava koşulunda yüksek çözünürlükte görüntü sağlayabilen bir radar sistemidir. SAR sistemleri genel olarak Şerit Haritalama (Stripmap) ve Noktasal Işık (Spotlight) modu olarak iki ayrı modda çalışabilmektedir. Bu çalışmada SAR' ın Noktasal Işık modu incelenmiş, bu mod için kullanılmakta olan görüntü oluşturma algoritmalarının benzetimi gerçekleştirilmiştir. Frekans düzlemindeki algoritmalardan Dalga Cephesi Yeniden Oluşturma (Wavefront Reconstruction), Kutupsal Biçim İşleme (Polar Format Processing), Menzil Yığınlama geriçatım algoritmaları, zaman düzlemindekilerden ise Zaman Düzleminde İlintilendirme (Time Domain Correlation) ve Geri İzdüşüm (Back Projection) algoritmaları uygulanmıştır. SAR sistemine yüzey değişkeni olarak girilen yansıma katsayıları bu algoritmalar sonucunda tekrar elde edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen katsayılar algoritmalarda kullanılan yaklaşımlardan ötürü bir miktar hata içerse de görüntünün kabaca oluşturulabilmesine imkan verecek doğrulukta sonuç sağlanabilmiştir.Sonraki aşamada SAR tarafından açıklık boyunca toplanmış olan sinyaller doğrusal olarak modellenmiş ve bu doğrusal sistem üzerinde Kalman filtre kullanılarak, SAR görüntüsünü oluşturacak olan yansıma katsayıları elde edilmeye çalışılmıştır. Zaman düzleminde uygulanan Kalman filtre ile frekans düzlemi algoritmalarına özgü kutupsal koordinatlardan kartezyen koordinatlara geçişteki ara değerleme (interpolation) basamağının performansı sınırlayıcı etkisi ortadan kaldırılmıştır. Zaman düzlemindeki görüntü oluşturma algoritmalarının işlem hacimlerinin büyüklüğü ve dolayısıyla hesaplama sürelerinin uzunluğu Kalman filtre için de problem olmakla birlikte, hesaplamalarda blok halinde işlem yapılabilmesi sayesinde işlem süresi daha makul seviyelere indirilebilmiştir. Kalman filtre ile elde edilen benzetim sonuçları diğer görüntü oluşturma algoritmalarının sonuçlarıyla karşılaştırılmış, SAR görüntüsü oluşturmada Kalman filtre kullanılarak daha iyi bir performans elde edildiği gösterilmiştir. Sonuç olarak, Kalman filtre metodu yeni bir Noktasal Işık SAR algoritması olarak sunulmuştur. iAnahtar Kelimeler : Sentetik açıklık radarı (SAR), Noktasal Işık, görüntü oluşturma algoritmaları, Kalman filtre

Abstract:
Synthetic Aperture Radar (SAR) is an airborne or spaceborne radar system which is used in remote sensing to provide high resolution images for day/night and all weather conditions. Basic SAR system modes are stripmap and spotlight modes. In this thesis, spotlight mode is examined and spotlight SAR reconstruction algorithms are simulated. Out of Fourier reconstruction methods Wavefront Reconstruction, Polar Format Processing and Range-stacking algorithms are studied and out of time domain methods Time Domain Correlation and Back Projection algorithms are studied. The surface reflection coefficients entered as input parameter into SAR system are obtained again as a result of reconstruction algorithms. Although approximations used in algorithms limit the accuracy, image can be reconstructed roughly by using these coefficients.In the following parts, the SAR signals collected through synthetic aperture are linearly modelled and Kalman filter is applied to this linear system in order to obtain reflection coefficients which will be used for image formation. By using time domain Kalman filter algorithm for image reconstruction, the performance limiting effect of interpolation stage in the Fourier reconstruction algorithms is eliminated. Although the same problems with the other time domain SAR algorithms which are computational burden and long processing time are observed in the Kalman filter algorithm, processing time is decreased to a reasonable level with the block processing of SAR data. Kalman filter simulation result is compared to other spotlight SAR algorithms results and it is observed that better imaging performance is obtained with Kalman filter. As a result, the new spotlight SAR algorithm based on Kalman Filter is presented to literature.Keywords : Synthetic Aperture Radar (SAR), spotlight, image reconstruction algorithms, alman filter