Published July 19, 2023 | Version v1
Publication Open

Proposed SAR range focusing algorithm based on simulation analysis and SDR implementation

Creators

  • 1. Military Technical College
  • 2. Cairo University

Description

Abstract Synthetic aperture radar (SAR) imaging systems use pulse focusing techniques for achieving fine range resolution and large range detection. Stretch processing and correlation pulse focusing techniques are the most popular algorithms used in the radar signal processing stage. The architecture of the stretch processing technique makes it commonly used in frequency modulated continuous wave (FMCW) radar systems due to its simple architecture, low sampling rate, and inexpensive hardware. This paper discusses how the stretch range focusing approach can be used instead of the matched filter technique in the processing stage of the SAR Range-Doppler algorithm (RDA) to generate images of finer resolution and higher quality. In addition, validating the proposed algorithm and evaluating its performance according to some evaluation indices such as peak sidelobe ratio (PSLR), integrated sidelobe ratio (ISLR), and the impulse response width (IRW). Also, this paper presents a comprehensive analysis and hardware implementation of the two SAR algorithms, based on software-defined radio (SDR) architecture where it is characterized by less complexity, low cost, and high flexibility due to the usage of both software data processing and software waveform generation. Two Universal Software Radio Peripheral (USRP-2932) and NI-LabVIEW® software development environment are the platforms used for the hardware validation process. The transmitted waveform is a linear frequency modulated (LFM) signal generated by the first USRP (transmitter) which will hit a target located at a certain distance. The second USRP is used as a receiver for target's echo processing and detection. This processing stage contains two architectures, which are the matched filter pulse compression architecture and the stretch range focusing approach. Finally, the validation process of the hardware results is performed based on the pre-mentioned evaluation indices.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تستخدم أنظمة التصوير بالرادار ذي الفتحة الاصطناعية (SAR) تقنيات التركيز النبضي لتحقيق دقة عالية وكشف واسع النطاق. تعد تقنيات معالجة التمدد وتركيز نبضات الارتباط هي الخوارزميات الأكثر شيوعًا المستخدمة في مرحلة معالجة إشارة الرادار. إن بنية تقنية معالجة التمدد تجعلها شائعة الاستخدام في أنظمة رادار الموجات المستمرة المضمنة التردد (FMCW) بسبب بنيتها البسيطة ومعدل أخذ العينات المنخفض والأجهزة غير المكلفة. تناقش هذه الورقة كيف يمكن استخدام نهج التركيز على نطاق التمدد بدلاً من تقنية المرشح المتطابق في مرحلة معالجة خوارزمية SAR Range - Doppler (RDA) لتوليد صور ذات دقة أدق وجودة أعلى. بالإضافة إلى ذلك، التحقق من صحة الخوارزمية المقترحة وتقييم أدائها وفقًا لبعض مؤشرات التقييم مثل نسبة ذروة الفص الجانبي (PSLR)، ونسبة الفص الجانبي المتكاملة (ISLR)، وعرض الاستجابة الاندفاعية (IRW). كما تقدم هذه الورقة تحليلاً شاملاً وتنفيذ الأجهزة لخوارزميتي البحث والإنقاذ، استنادًا إلى بنية الراديو المعرفة بالبرمجيات (SDR) حيث تتميز بدرجة أقل من التعقيد والتكلفة المنخفضة والمرونة العالية بسبب استخدام كل من معالجة بيانات البرامج وتوليد الشكل الموجي للبرمجيات. اثنان من الأجهزة الطرفية لراديو البرامج العالمي (USRP -2932) وبيئة تطوير برامج NI - LabVIEW ® هي المنصات المستخدمة لعملية التحقق من صحة الأجهزة. الشكل الموجي المرسل هو إشارة معدلة بالتردد الخطي (LFM) تم إنشاؤها بواسطة أول جهاز إرسال (USRP) والذي سيضرب هدفًا يقع على مسافة معينة. يتم استخدام USRP الثاني كجهاز استقبال لمعالجة وكشف صدى الهدف. تحتوي مرحلة المعالجة هذه على بنيتين، وهما بنية ضغط نبضات المرشح المتطابقة ونهج التركيز على نطاق التمدد. أخيرًا، يتم إجراء عملية التحقق من صحة نتائج الأجهزة بناءً على مؤشرات التقييم المذكورة مسبقًا.

Translated Description (French)

Les systèmes d'imagerie radar à ouverture synthétique (SAR) utilisent des techniques de focalisation d'impulsions pour obtenir une résolution à portée fine et une détection à grande portée. Les techniques de traitement d'étirement et de focalisation d'impulsions de corrélation sont les algorithmes les plus populaires utilisés dans l'étape de traitement du signal radar. L'architecture de la technique de traitement par étirement la rend couramment utilisée dans les systèmes radar à onde continue modulée en fréquence (FMCW) en raison de son architecture simple, de son faible taux d'échantillonnage et de son matériel peu coûteux. Cet article traite de la façon dont l'approche de mise au point de la plage d'étirement peut être utilisée au lieu de la technique de filtre adapté dans l'étape de traitement de l'algorithme SAR Range-Doppler (RDA) pour générer des images de résolution plus fine et de meilleure qualité. En outre, la validation de l'algorithme proposé et l'évaluation de ses performances en fonction de certains indices d'évaluation tels que le ratio de pics de lobes latéraux (PSLR), le ratio de pics de lobes latéraux intégrés (ISLR) et la largeur de réponse impulsionnelle (IRW). En outre, cet article présente une analyse complète et une mise en œuvre matérielle des deux algorithmes SAR, basés sur une architecture radio définie par logiciel (SDR) où elle est caractérisée par moins de complexité, un faible coût et une grande flexibilité en raison de l'utilisation du traitement des données logicielles et de la génération de formes d'onde logicielles. Deux environnements de développement logiciel Universal Software Radio Peripheral (USRP-2932) et NI-LabVIEW ® sont les plates-formes utilisées pour le processus de validation du matériel. La forme d'onde transmise est un signal modulé en fréquence linéaire (LFM) généré par le premier USRP (émetteur) qui frappera une cible située à une certaine distance. Le deuxième USRP est utilisé comme récepteur pour le traitement et la détection de l'écho de la cible. Cette étape de traitement contient deux architectures, qui sont l'architecture de compression d'impulsions de filtre adaptée et l'approche de focalisation de la plage d'étirement. Enfin, le processus de validation des résultats matériels est effectué sur la base des indices d'évaluation susmentionnés.

Translated Description (Spanish)

Resumen Los sistemas de imágenes de radar de apertura sintética (SAR) utilizan técnicas de enfoque de pulso para lograr una resolución de rango fina y una detección de rango grande. Las técnicas de procesamiento de estiramiento y enfoque de pulso de correlación son los algoritmos más populares utilizados en la etapa de procesamiento de señales de radar. La arquitectura de la técnica de procesamiento por estiramiento la hace comúnmente utilizada en sistemas de radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) debido a su arquitectura simple, baja velocidad de muestreo y hardware económico. Este documento analiza cómo se puede utilizar el enfoque de enfoque de rango de estiramiento en lugar de la técnica de filtro coincidente en la etapa de procesamiento del algoritmo SAR Range-Doppler (RDA) para generar imágenes de resolución más fina y mayor calidad. Además, validar el algoritmo propuesto y evaluar su rendimiento de acuerdo con algunos índices de evaluación como la relación de lóbulo lateral máximo (PSLR), la relación de lóbulo lateral integrado (ISLR) y el ancho de respuesta al impulso (IRW). Además, este documento presenta un análisis exhaustivo y la implementación de hardware de los dos algoritmos SAR, basados en la arquitectura de radio definida por software (SDR), donde se caracteriza por una menor complejidad, bajo costo y alta flexibilidad debido al uso tanto del procesamiento de datos de software como de la generación de formas de onda de software. Dos periféricos de radio de software universal (USRP-2932) y el entorno de desarrollo de software NI-LabVIEW ® son las plataformas utilizadas para el proceso de validación de hardware. La forma de onda transmitida es una señal de frecuencia modulada lineal (LfM) generada por el primer USRP (transmisor) que golpeará un objetivo ubicado a cierta distancia. El segundo USRP se utiliza como receptor para el procesamiento y la detección del eco del objetivo. Esta etapa de procesamiento contiene dos arquitecturas, que son la arquitectura de compresión de pulso de filtro coincidente y el enfoque de enfoque de rango de estiramiento. Finalmente, el proceso de validación de los resultados del hardware se realiza en función de los índices de evaluación mencionados anteriormente.

Files

s12517-023-11569-w.pdf.pdf

Files (5.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f6db71792ce94dc002ac1126b866ea12
5.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
خوارزمية تركيز نطاق البحث والإنقاذ المقترحة بناءً على تحليل المحاكاة وتنفيذ حقوق السحب الخاصة
Translated title (French)
Algorithme de focalisation de la gamme SAR proposé basé sur l'analyse de simulation et la mise en œuvre du SDR
Translated title (Spanish)
Algoritmo de enfoque de rango SAR propuesto basado en análisis de simulación e implementación de SDR

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4384661765
DOI
10.1007/s12517-023-11569-w

Is supplement to
https://openalex.org/W4251089492 (Other)
https://openalex.org/W2993899695 (Other)
https://openalex.org/W2911420891 (Other)
https://openalex.org/W2886621694 (Other)
https://openalex.org/W2540432762 (Other)
https://openalex.org/W2354005007 (Other)
https://openalex.org/W2127011572 (Other)
https://openalex.org/W208897493 (Other)
https://openalex.org/W2086030743 (Other)
https://openalex.org/W1622326982 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1973602603
  • https://openalex.org/W1994645733
  • https://openalex.org/W2047042135
  • https://openalex.org/W2058163662
  • https://openalex.org/W2058895430
  • https://openalex.org/W2066508145
  • https://openalex.org/W2091256848
  • https://openalex.org/W2121058444
  • https://openalex.org/W2131324761
  • https://openalex.org/W2132839514
  • https://openalex.org/W2137694418
  • https://openalex.org/W2158827395
  • https://openalex.org/W2159698030
  • https://openalex.org/W2210724628
  • https://openalex.org/W2520612092
  • https://openalex.org/W2543818194
  • https://openalex.org/W2615447930
  • https://openalex.org/W2624520639
  • https://openalex.org/W2772684403
  • https://openalex.org/W2853249842
  • https://openalex.org/W2981685216
  • https://openalex.org/W3022640406
  • https://openalex.org/W3081838701
  • https://openalex.org/W3102108034
  • https://openalex.org/W3193480222
  • https://openalex.org/W4292348671
  • https://openalex.org/W608137264