Journal of Radio Electronics. eISSN 1684-1719. 2024. №11
Full text in Russian (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.28
AMBIGUITIES IN SPACE-BASED SAR
USING A CIRCULAR REFLECTOR ANTENNA
K.K. Khramov1, V.V. Kostrov1, V.P. Makarov2
1Murom Institute of Vladimir State University named after Alexader and Nickolay Stoletovs
602264, Russia, Vladimir Region, Murom, Orlovskaya str., 232 JSС "Research and Production Association named after S.A. Lavochkin"
141402, Russia, Moscow Region, Khimki, Leningradskaya str., 24
The paper was received November 25, 2024.
Abstract. Reflector antennas are quite widely used in radar devices, including space-borne synthetic aperture radars (SARs). One of the problems of such SARs is to ensure the unambiguous measurement of the Doppler frequency of received signals. The shape of the Doppler spectrum of the echo signal is determined by the shape of the antenna pattern in the azimuthal plane. Thus, in general, the narrower the pattern (the larger the antenna size), the lower the level of the interference signal received at the side peaks of the ambiguity function. However, a significant increase in the antenna size is limited by the difficulties of its placement on the SAR launcher, which is especially important for small spacecraft. On the other hand, the required beam width in the elevation plane must satisfy two conditions: ensuring swath and ambiguity detuning. The time ambiguity interval is equal to half the distance of radio wave propagation during the pulse repetition interval. A technical contradiction arises between reducing the level of azimuthal and elevation ambiguity of SAR. The purpose of the article is estimation of azimuth and range ambiguities in a space-based SAR using a circular reflector antenna. In this regard, the material in the article is relevant. We consider a normal looking view which is performed using X-band space-borne SAR. The reasons for the emergence of ambiguities are considered. The necessary mathematical calculations are presented and calculations are made of the projection of circular antenna pattern and the achievable levels of azimuth and range ambiguity for space-based SARs. The obtained values were compared with similar data for a rectangular antenna. An analysis of the influence of the viewing angle and pulse repetition frequency on the ambiguity level was carried out. The results obtained make it possible to estimate the range and azimuth ambiguity level in space-borne SAR and present requirements for the need and level of additional suppression.
Key words: synthetic aperture radar (SAR), space-borne SAR, ambiguity, range ambiguity, azimuth ambiguity, reflector antenna.
Financing: The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-29-10114.
Corresponding author: Khramov Konstantin Konstantinovich, hramovkk@gmail.com
References
1. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / В.И. Антипов, В.Т. Горяинов, А.Н. Кулин, Е.Ф. Толстов [и др.]; под ред. В. Т. Горяинова. – Москва : Радио и связь, 1988. – 304 с. [Digital synthetic aperture radars / V.I. Antipov, V.T. Goryainov, A.N. Kulin, E.F. Tolstov et al. ; Ed. by V.T. Goryainov. – Moscow : Radio i svyaz, 1988. – 304 p.]
2. Карпов O.A., Цветков O.E., Вашкевич С.А. Оптимальные алгоритмы фильтрации сигналов в РСА: Цифровая обработка сигналов в РСА ; под ред. Е.Ф. Толстова. – Смоленск : Изд-во ВА ВПВО ВС РФ, 2005. – 232 c. [Karpov O.A., Tsvetkov O.E., Vashkevich S.A. SAR optimal algorithms for filtering signals: SAR digital signal processing : Ed. by E. F. Tolstov. – Smolensk : VPVO WA Publishing house of Russian Armed Forces, 2005. – 232 p.]
3. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрирование радиолокационных изображений / Л.А. Школьный, Е.Ф. Толстов [и др.] – Москва : Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. – 531с. [Radar systems of aerial reconnaissance, decoding of radar images / L.A. Shkolny, E.F. Tolstov et al. – Moscow : Publishing House of the VVIA named after Prof. N.E. Zhukovsky, 2008. – 531 p.]
4. Верба В.С., Неронский Л.Б., Осипов И.Г., Турук В.Э. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования ; под ред. В.С. Вербы. – Москва : Радиотехника, 2010. – 680 с. [Verba V.S., Neronskyi L.B., Osipov I.G., Turuk V.E. Space-based ground survey radar systems ; Ed. by V.S. Verba. – Moscow : Radiotekhnika, 2010. – 680 p.]
5. Голов Н.А., Усачев В.А., Корянов В.В., Топорков А.Г. Перспективные технологии создания космического комплекса радиолокационного зондирования Земли на базе малых космических аппаратов и ракет-носителей легкого класса // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2019. – № 5(89). – 9 с. – https://doi.org/10.18698/2308-6033-2019-5-1881. [Golov N.A., Usachev V.A., Koryanov V.V., Toporkov A.G. Promising technical solutions for the space complex of the Earth's radar sensing based on small spacecraft and light-class launch vehicles // Engineering Journal: Science and Innovation. – 2019. – No. 5. – Pp. 1–20. – https://doi.org/10.18698/2308-6033-2019-5-1881]
6. Костров В.В., Ракитин А.В. Радиолокационный космический сегмент дистанционного зондирования Земли в 2023 году: состояние и перспективы развития // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. – 2023. – № 4. – С. 11–31. – https://doi.org/10.24412/2221-2574-2023-4-11-31. [Kostrov V.V., Rakitin A.V. Radar space segment of remote sensing of the Earth in 2023: state and prospects of development // Radio engineering and telecommunication systems. – 2023. – No. 4. – Pp. 11–31. – https://doi.org/10.24412/2221-2574-2023-4-11-31]
7. Храмов К.К., Костров В.В. Обеспечение чувствительности и радиометрического разрешения РСА Х-диапазона на базе малых космических аппаратов // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. – 2022. – № 3. – С. 43–50. – https://doi.org/10.24412/2221-2574-2022-3-43-50. [Khramov K.K., Kostrov V.V. Issues of ensuring the noise equivalent sigma zero and radiometric resolution in X-band SAR based on small satellite // Radio engineering and telecommunication systems. – 2022. – No. 3. – Pp. 43–50. – https://doi.org/10.24412/2221-2574-2022-3-43-50]
8. Khramov K., Kostrov V. Achievable parameters of the X-band synthetic aperture radar based on small satellite // E3S Web of Conferences. – EDP Sciences. – 2023. – Vol. 431. – Pp. 02026. – https://doi.org/10.1051/e3sconf/202343102026.
9. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли ; под ред. Г.С. Кондратенкова. – Москва : Радиотехника, 2005. – 368 с. [Kondratenkov G.S., Frolov A.Yu. Radiovision. Earth remote sensing radar systems. – Moscow : Radiotekhnika, 2005. – 368 p.]
10. Храмов К.К., Смирнов М.С., Лагунов И.Р. Расчет геометрических и временных параметров циклограммы радиолокатора космического базирования с синтезированием апертуры на основе активной фазированной антенной решетки // Научные исследования: итоги и перспективы. – 2024. – Т. 5. – № 1. – С. 8–18. – https://doi.org/10.21822/2713-220X-2024-5-1-8-18. [Khramov K.K., Smirnov M.S., Lagunov I.R. Calculation of geometric and time parameters of the cyclogram of a space-borne synthetic aperture radar based on an active electronically scanned array // Scientific researches: results and prospects. – 2024. – Vol. 5. – No. 1. – Pp. 8–18. – https://doi.org/10.21822/2713-220X-2024-5-1-8-18]
11. Носов В.И. Обеспечение электромагнитной совместимости при частотно-территориальном планировании систем спутниковой связи с зональным обслуживанием : [монография]. – Новосибирск : СибГУТИ, 2016. – 252 с. [Nosov V. I. Ensuring electromagnetic compatibility in frequency-spatial planning of satellite communication systems with zone service. – Novosibirsk : SibGUTI, 2016. – 252 p.]
12. Карпов О.А., Рабочий А.Н., Толстов Е.Ф., Фёдоров В.С., Костров В.В. Проблемы неоднозначности в космических РСА и коды Голда // Всероссийские открытые Армандовские чтения [Электронный ресурс] : Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн / Материалы Всероссийской открытой научной конференции. – Муром : МИ ВлГУ. – 2023. – С. 375–384. –https://doi.org/10.24412/2304-0297-2023-1-375-384. [Karpov O. A., Rabochij A.N., Tolstov E.F., Fyodorov V.S., Kostrov V.V. Problems of ambiguity in space SAR and Gold codes. Armand Science Conference “Modern problems of remote sensing, radar, propagation and diffraction of radio waves”. – 2023. – Pp. 375–384. – https://doi.org/10.24412/2304-0297-2023-1-375-384]
13. Петров А.С., Прилуцкий А.А., Волченков А.C. Угломестная и азимутальная неоднозначности сигнала, принимаемого аппаратурой космического радиолокатора с синтезированной апертурой // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. – 2019. – № 1. – С. 39–47. [Petrov A.S., Prilutsky A.A., Volchenkov A.C. Elevation and azimuthal ambiguity of the signal received by space synthetic aperture radar // Vestnik NPO im. S.A. Lavochkina. – 2019. – No. 1. – Pp. 39–47.]
For citation:
Khramov K.K., Kostrov V.V., Makarov V.P. Ambiguities in space-based SAR using a circular reflector antenna. // Journal of Radio Electronics. – 2024. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.28 (In Russian)