فهرست مطالبمقدمه21-1- تاریخچه SAR.............................. 21-2- رادار در سنجش از راه دور................. 41-3- اساس کار SAR............................. 41-4- جبران حرکت سکو........................... 71-4-1- اثر حرکت سکو بر کیفیت تصویر SAR91-5- روش های جبران حرکت....................... 131-5-1- جبران سازی با استفاده از اندازه گیری مسیر پروازی با IMU131-5-2- جبران مسیر حرکت با استفاده از داده های خام SAR161-6-سر فصل مطالب پایان نامه.................. 182- اصول پردازش سیگنال SAR202-1- مقدمه202-2- فشرده سازی سیگنال های FM خطی232-2-1- سیگنال های FM خطی232-2-2- فشرده سازی پالس282-3- مفاهیم دهانه مصنوعی302-3-1- هندسه SAR312-3-2- فرم هذلولی معادله برد342-3-3- فرکانس داپلر در موضوع SAR چیست ؟342-3-4- مفهوم دهانه مصنوعی ( synthetic aperture )352-4- اصول عملکرد 2-D SAR362-4-1- تصویربرداری راداری یک بعدی Cross Range362-4-2- sampling382-4-3- 2-D Imaging382-5- تئوری الگوریتم های Range Doppler و Chirp Scaling402-5-1- تئوری الگوریتم RDA412-5-2- تئوری الگوریتم CSA433- تشریح الگوریتم های RDA و CSA513-1- الگوریتم Range Doppler513-1-1- مقدمه :513-1-2- نگاهی کلی به الگوریتم523-1-3- سیگنال خام رادار ( داده های خام )543-1-4- فشرده سازی برد553-1-5- تبدیل فوریه ی سمت563-1-6- تصحیح جابجایی سلول برد573-1-7- فشرده سازی سمت583-1-8- شبیه سازی SAR با استفاده از الگوریتم RDA603-2- الگوریتم Chirp Scaling693-2-1- مقدمه693-2-2- نگاهی کلی به الگوریتم chirp scaling703-2-3- پیشینه ی CSA713-2-4- جزئیات پردازش CSA733-2-5- شبیه سازی برای یک هدف نقطه ای774- جبران حرکت سکو824-1- مقدمه824-2- بررسی اثر حرکت سکو در تصویر SAR834-3- جبران سازی حرکت سکو874-3-1- روش جبران سازی تئوری884-3-2- جبران حرکت سکو در یک مرحله (با استفاده از تقریب)904-3-3- جبران حرکت سکو در دو مرحله924-4- تصحیح الگوریتم های RDA و CSA جهت اعمال MOCO944-4-1- تصحیح الگوریتم RDA944-5- شبیه سازی جبران حرکت سکو985- آنالیز خطای جبران حرکت سکو1145-1- مقدمه1145-2- پاسخ ضربه در جهت سمت]33[1155-3- پاسخ ضربه در جهت برد]33[1185-4- دسته بندی خطاهای فاز ]33[1195-5- نیازمندیهای جبران حرکت سکو ]33[1235-5-1- خطاهای فاز خطی1235-5-2- خطاهای فاز درجه دو1245-5-3- خطاهای فاز فرکانس بالا1255-5-4- تعیین خطای حرکت قابل قبول1255-5-5- تعیین حد بالای طیف توان برای خطای حرکت باقی مانده1255-5-6- محاسبه PSD خطای حرکت قابل قبول برای پارامترهای شبیه سازی1286- نتیجه گیری و پیشنهادها1356-1- نتیجه گیری1356-2- پیشنهادات136 فهرست جداولجدول 1-1: پارامترهای شبیه سازی10جدول 1-2: پارامترهای حسگر شبیه سازی شده12جدول 3-1 : پارامترهای شبیه سازی60جدول 4-1 : مقادیر شبیه سازی شده برای RDA و CSA100جدول 5-1 : پارامترهای حسگر119جدول 5-2 : جابجایی در راستای حرکت سکو و سرعت هایی که منجر به خطای فاز می شود119جدول 5-3 : پارامترهای سیستم E-SAR126جدول 5-4 : کیفیت تصویر مورد نیاز126 فهرست شکل هاشکل 1-1: ماهواره SEASAT]4[3شکل 1-2 : Stripmap SAR5شکل 1-3 : Spotlight SAR6شکل 1-4 : Interferometric SAR7شکل 1- 5 : Scan SAR6شکل 1-6: داده های شبیه سازی شده LFM-CW SAR برای یک هدف نقطه ای و آرایه ای از اهداف نقطه ای. ستون اول (سمت چپ) خطاهای حرکت و ستون دوم حالت ایده آل بدون خطای حرکت را نشان می دهد]10[11شکل 1-7: تصویر پردازش شده بدون MOCO.]11[12شکل 1-8: تصویر پردازش شده با اعمال MOCO.]11[14شکل 1-9: داده های شبیه سازی شده LFM-CW SAR برای یک هدف نقطه ای و آرایه ای از اهداف نقطه ای. ستون سمت چپ حالت ایده آل بدون خطای حرکت و ستون سمت راست حالت غیر ایده آل را بعد از اعمال MOCO نشان می دهد ]10[15شکل 1-10: به ترتیب از چپ به راست : تصویر پردازشی در حالت ایده آل ، تصویر تار شده بدلیل خطای فاز سفید و تصویر باز سازی شده با استفاده از روش autofocus ]13[17شکل 1-11:تصویر پردازشی UAV-SAR. (aبدون تصحیح حرکت.b ( با اعمال MOCO]16[17شکل 2-1 : الف) دامنه قسمت حقیقی سیگنال ب) دامنه قسمت موهومی سیگنال ج) فاز سیگنال د) فرکانس سیگنال25شکل 2-2 : طیف مختلط یک پالس FM خطی29شکل 2-3 : خروجی فیلتر منطبق یک پالس FM خطی30شکل2-4: هندسه دریافت داده های راداری ]2[32شکل 2-5 : هندسه تصویربرداری یک بعدی37شکل 2-6 : هندسه جابجایی سلول برد RCM39شکل 2-7 : توصیف قرار گرفتن منحنی RCM چند هدف روی یک منحنی در حوزه برد داپلر42شکل 2-8 : مثال ساده ای از شیفت هدف بعد از scaling و فشرده سازی47شکل 2-9 : شیفت اهداف توسط یک تابع scaling ، FM خطی48شکل 3-1 : بلوک دیاگرام RDA53شکل 3-2 : فضای سیگنال خام SAR61شکل 3-3 : مرکز فضای سیگنال. الف) شکل بالا (up-chirp) ب) شکل پایین (down-chirp)62شکل 3-4 : سیگنال مرجع برد63شکل 3-5 : جابجایی سلول برد64شکل 3-6 : فشرده سازی سیگنال وسط سمت در حوزه زمان برد64شکل 3-7 : تصویر فشرده شده در جهت برد65شکل 3-8 : تصویر بعد از RCMC66شکل 3-9 : تصویر SAR پردازش شده نهایی یک هدف نقطه ای67شکل 3-10 :الف- نمایه برد و سمت تصویر SAR پردازش شده نهایی یک هدف نقطه ای67شکل 3-10 :ب- نمایه برد و سمت تصویر SAR پردازش شده نهایی یک هدف نقطه ای68شکل 3-11: بلوک دیاگرام الگوریتم CSA72شکل 3-12 : تصویر بعد از RCMC78شکل 3-13 : تصویر پردازشی نهایی (CSA)78شکل 3-14 : نمایه برد و سمت تصویر SAR پردازش شده نهایی یک هدف نقطه ای79شکل 3-15: مقایسه الگوریتم RDA و CSA80شکل 4-1 : هندسه حرکت نامی و واقعی سکو83شکل 4-2 : مکان هدف m ام ( نقطه Pm ) در نوار84شکل 4-3: بلوک دیاگرام RDA اصلاح شده95شکل 4-4 : بلوک دیاگرام CSA اصلاح شده97شکل 4-5 : انحراف سینوسی با دامنه 105 m برای الگوریتم RDA100شکل 4-6 : مقایسه پروفایل سمت (شکل بالا) و برد (شکل پایین) حالت ایده آل و حالت دارای انحراف سینوسی با دامنه 0.01m برای الگوریتم RDA101شکل 4-7 : مقایسه تصویر پردازشی نهایی در حالت ایده آل (شکل بالا) و در حالت دارای انحراف سینوسی با دامنه 0.01m (شکل پایین) برای الگوریتم RDA102شکل 4-8 : شکل بالا: تصویر داده SAR خام دریافتی ، شکل پایین: تصویر پردازشی نهایی در حالت دارای انحراف سینوسی با دامنه 105 m برای الگوریتم RDA103شکل 4-9 : مقایسه پروفایل سمت (شکل بالا) و برد (شکل پایین) حالت ایده آل و حالت دارای انحراف سینوسی با دامنه 0.01m برای الگوریتم CSA104شکل 4-10-الف : جبران حرکت سکو به روش تئوری نسبت به هدف سمت راست برای انحراف سینوسی با دامنه 105 m (شکل بالا برای الگوریتم RDA) و (شکل پایین برای الگوریتم CSA)105شکل 4-10-ب : جبران حرکت سکو به روش تئوری نسبت به هدف سمت راست و روش دو مرحله ای برای انحراف سینوسی با دامنه 105 m106شکل 4-11 : مقایسه پروفایل سمت جبران حرکت سکو برای انحراف سینوسی با دامنه 105 m به روش دو مرحله ای با حالت ایده آل (شکل بالا) و با روش یک مرحله ای (شکل پایین)107شکل 4-12 : مقایسه تصویر پردازشی حالت ایده آل با روش جبران سازی دو مرحله ای برای هدف نقطه ای واقع در xm=-100 mو ym=100 m برای RDA108شکل 4-13 : مقایسه پروفایل برد و سمت حالت ایده آل با روش جبران سازی دو مرحله ای برای هدف نقطه ای واقع در xm=-100 m و ym=100 m برای RDA109شکل 4-14 : مقایسه تصویر پردازشی حالت ایده آل با روش جبران سازی دو مرحله ای برای هدف نقطه ای واقع در xm=-100 m و ym=100 m برای CSA110شکل 4-15 : مقایسه پروفایل برد و سمت حالت ایده آل با روش جبران سازی دو مرحله ای برای هدف نقطه ای واقع در xm=-100 m و ym=100 m برای CSA111شکل 4-16 : مقایسه تصویر پردازشی حالت ایده آل با روش جبران سازی دو مرحله ای برای چند هدف نقطه ای کنار هم112شکل 5-1 : هندسه SAR115شکل 5-2 : انحراف از خط مستقیم116شکل 5-3 : الف- پاسخ ضربه سمت بدون خطای فاز و شیفت بدلیل خطای فاز πرادیان121شکل 5-3 : ب - پاسخ ضربه سمت با یک خطای فاز درجه دو πرادیان122شکل 5-3 : ج - پاسخ ضربه سمت با یک خطای فاز سینوسی با دامنه 0.1 رادیان و 6 سیکل122شکل 5-4 : مقایسه PSD اندازه گیری شده حرکت هواپیمای DO 228 با PSD تعیین شده برای خطای حرکت قابل قبول127شکل 5-5 : شکل بالا: PSD تعیین شده برای خطای حرکت قابل قبول. شکل پایین : خطای حرکت شبیه سازی شده130شکل 5-6 : شکل بالا: اثر نویز گوسی با مشخصه فرکانس تعیین شده در پروفایل سمت. شکل پایین : تصویر نهایی در حضور خطای حرکت قابل قبول131شکل 5-7 : مقایسه اثر نویز فرکانس بالا و فرکانس پایین در پروفایل سمت132شکل 5-8 : شکل بالا: PSD یک نوبز رنگی دلخواه. شکل پایین: اثر این نویز خاص در پروفایل سمت133 فصل اولرادار در ابتدا برای اهداف نظامی طی جنگ جهانی دوم گسترش یافت. هدف اولیه ی آن ردیابی هواپیماها و کشتی ها تحت شرایط آب وهوایی نامساعد وتاریکی بود. رادار رشد پایداری را همراه با پیشرفت در تکنولوژی فرکانس های رادیویی (RF) ،آنتن ها و اخیرا تکنولوژی دیجیتال تجربه کرده است]1[.سیستم های راداری اولیه فاصله تا یک هدف را از طریق تاخیر زمانی و جهت یک هدف را از طریق جهت دهندگی آنتن اندازهگیری می کردند. طولی نکشید که از شیفت داپلر برای سنجش سرعت هدف استفاده شد. پس از آن کشف شد که با پردازش شیفت داپلر می توان حد تفکیک مناسبی در جهت عمود بر برد یا جهت پرتو بدست آورد. از این قاعده ی اخیر که معمولا به کارل وایلی در سال 1951 نسبت داده می شود، کشف شدکه می توان با استفاده از رادار تصاویر دو بعدی از اهداف و سطح زمین تشکیل داد. این روش، ایدهرادار با دهانه ی مصنوعی (SAR)نام گرفت که در واقع به ایده ی ایجاد اثر یک آنتن بسیار بلند بوسیله ی آنالیز سیگنال دریافتی از یک آنتن کوتاه ولی متحرک اشاره دارد]2[.در دهه ی 1950و1960 میلادی علم سنجش از راه دور در کاربردهای غیر نظامی گسترش یافت. در این راستا در سیستم های تصویر برداری هوایی، اسکنر های دیجیتالی که از چندین باند فرکانسی نوری استفاده می کنند روی هواپیماها و ماهواره ها نصب شدند که این امر منجر به توسعه کاربردهای تصاویر پرجزئیات بدست آمده از مناطق وسیع سطح کره زمین، گردید. فناوری SAR نظامی در دهه ی 1970 در حوزه کاربردهای غیر نظامی وارد شد و محققین سنجش از راه دور دریافتند که تصاویرSAR مکمل مفیدی برای حسگرهای نوریشان هستند]3[.