Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2024, № 1 · RADIO ENGINEERING

Application of phase-code shift keyed probing signals with zero autocorrelation zone to improve the quality of measurements in SAR

R.N. Ipanov1, A.A. Komarov1

1 National Research University MPEI, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2024.1.11 UDC 621.391.81 EDN YHDAYR

Abstract

For SARs, a polyphase ( p -phase, where p is a prime number) probing signal with a zero autocorrelation zone has been synthesized, which is a train of p phase-code shift keyed (PCSK) pulses coded by complementary sequences of a p -ary D-code with additional phase-code shift-keying of the sub-pulses (discretes) of pulses by an M-sequences. To assess the quality of radar images of point targets and extended surfaces, the levels of the maximum side lobe and one-way integrated correlation noise of the autocorrelation function (ACF) are used, respectively. For this purpose, the work carried out a comparative analysis of the total ACFs of the synthesized ensemble of signals with ensembles of orthogonal chirp and PCSK-signals used in adjacent SAR sounding cycles. The work also considers the problem of superimposition of SAR echo signals from different ranges at a relatively high repetition rate of probing pulses. To assess the level of suppression of recurrent interference from point targets and from extended surfaces, the levels of the maximum side lobe and one-sided integral correlation noise of the cross-correlation function (CCF) are used, respectively. For this purpose, the work carried out a comparative analysis of the total CCFs of the synthesized ensemble of signals with ensembles of orthogonal chirp and PCSK- signals used in the SAR aperture synthesis modes. The use of orthogonal chirp and PCSK-signals makes it possible to successfully suppress false signals from bright point targets from adjacent repetition periods. However, the high level of integral correlation noise of the CCF of orthogonal signals distorts radar images of weakly reflecting surfaces located next to bright extended objects. The indicators of the total correlation characteristics of the synthesized ensemble of signals exceed the corresponding indicators of the total correlation characteristics of the ensemble of orthogonal PCSK-and chirp signals, both without mismatch and with Doppler frequency mismatch. This makes it possible to successfully use an PCSK-signal with a zero autocorrelation zone to improve the quality of radar images and suppress recurrent range interference in SAR.

  • ambiguity function
  • autocorrelation function
  • cross-correlation function
  • m-sequence
  • orthogonal signal
  • pulse train
  • recurrent interference
  • zero autocorrelation zone
Аннотация (на русском)

Применение зондирующих ФКМ-сигналов с нулевой зоной автокорреляции для улучшения качества измерений в РСА

Для РСА синтезирован полифазный ( p -фазный, где p -простое число) зондирующий сигнал с нулевой зоной автокорреляции, представляющий собой последовательность из p ФКМ-импульсов, кодированных комплементарными последовательностями p -ичного D-кода с дополнительной фазокодовой манипуляцией дискрет импульсов М-последовательностями. Для оценки качества радиолокационных изображений точечных целей и протяженных поверхностей используются соответственно уровни максимального бокового лепестка и одностороннего интегрального корреляционного шума АКФ. С этой целью в работе проведен сравнительный анализ суммарных АКФ синтезированного ансамбля сигналов с ансамблями ортогональных ЛЧМ и ФКМ-сигналов, используемых в соседних тактах зондирования РСА. В работе также рассмотрена проблема наложения эхо-сигналов РСА с разных дальностей при сравнительно высокой частоте повторения зондирующих импульсов. Для оценки уровня подавления рекуррентных помех от точечных целей и от протяженных поверхностей используются соответственно уровни максимального бокового лепестка и одностороннего интегрального корреляционного шума ВКФ. С этой целью в работе проведен сравнительный анализ суммарных ВКФ синтезированного ансамбля сигналов с ансамблями ортогональных ЛЧМ и ФКМ-сигналов, используемых в режимах синтеза апертуры РСА. Применение ортогональных ЛЧМ и ФКМ-сигналов позволяет успешно подавлять ложные сигналы ярких точечных целей из соседних периодов повторения. Однако высокий уровень интегрального корреляционного шума ВКФ ортогональных сигналов искажает радиолокационные изображения слабо отражающих поверхностей, расположенных рядом с яркими протяженными объектами. Показатели суммарных корреляционных характеристик синтезированного ансамбля сигналов превосходят соответствующие показатели суммарных корреляционных характеристик ансамбля ортогональных ФКМ и ЛЧМ-сигналов как без рассогласования, так и с рассогласованием по частоте Доплера. Это позволяет успешно использовать ФКМ-сигнал с нулевой зоной автокорреляции для улучшения качества радиолокационных изображений и подавления рекуррентных помех по дальности в РСА.

For citation

Ipanov R.N., Komarov A.A. Application of phase-code shift keyed probing signals with zero autocorrelation zone to improve the quality of measurements in SAR // Journal of Radio Electronics. – 2024. – No. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.11

References

  1. Новые технологии дистанционного зондирования Земли из космоса / В.В. Груздов, Ю.В. Колковский, А.В. Криштопов, А.И. Кудря. - Москва: Техносфера, 2018. - 482 с.
  2. Кудря А.И. Расширение возможностей использования M-последовательности в PCА / А.И. Кудря, Е.Ф. Толстов, В.Н. Четверик // Труды 5-ой Всероссийской научной конференции "Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред" (г. Муром, 26-28 июня 2012 г.). - Муром: МиВЛГУ, 2012. - С. 518-531.
  3. Вновь открытая планета (Радиолокационные исследования Венеры с космических аппаратов "Венера-15" и "Венера-16") / Ю.Н. Александров, А.Т. Базилевский, В.А. Котельников [и др.] // Астрономия. - 1987. - Т. 32. - С. 201.
  4. Johnson W.T.K. Magellan imaging radar mission to Venus / W.T.K. Johnson // Proceedings of the IEEE. - 1991. - Vol. 79, № 6. - P. 777-790.
  5. Earth-based 12.6-cm wavelength radar mapping of the Moon: New views of impact melt distribution and mare physical properties / B.A. Campbell, L.M. Carter, D.B. Campbell [et al.] // Icarus. - 2010. - Vol. 208, № 2. - P. 565-573.
  6. Alfonzo G.C. Orthogonal Waveform Experiments with a Highly Digitized Radar / G.C. Alfonzo, M. Jirousek, M. Peichl // Proceedings of the 9th European Conference on Synthetic Aperture Radar (Nuremberg, 23-26 April 2012). - Frankfurt: VDE, 2012.
  7. Galati G. Orthogonal Waveforms for Multistatic and Multifunction Radar / G. Galati, G. Pavan, A. Franco // Proceedings of the 9th European Radar Conference (Amsterdam, 31 October - 2 November 2012). - N.Y.: IEEE, 2013. - P. 310-313.
  8. Garren D.A. Use of P3-coded transmission waveforms to generate synthetic aperture radar images / D.A. Garren, P.E. Pace, R.A. Romero // Proceedings of the 2014 IEEE Radar Conference (Cincinnati, 19-23 May 2014). - N.Y.: IEEE, 2014. - P. 0765-0768.
  9. Захаров А.И. Влияние интегрального уровня боковых лепестков ортогональных полиномов сигнала РСА на качество измерений / А.И. Захаров // Труды 7-ой Всероссийской научной конференции "Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред" (г. Муром, 31 мая -2 июня 2016 г.). - Муром: МиВЛГУ, 2016. - С. 377-381.
  10. Mittermayer J. Range ambiguity suppression in SAR by up and down chirp modulation for point and distributed targets /j. Mittermayer, J.M. Martinez // Proceedings of the 2003 International Geoscience and Remote Sensing Symposium (Toulouse, 21-25 July 2003). - N.Y.: IEEE, 2003. - P. 4077-4079.
  11. Ипанов Р.Н. Полифазные когерентные дополнительные сигналы / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. - 2017. - № 1. - URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan17/14/text.pdf.
  12. Ипанов Р.Н. Импульсные фазоманипулированные сигналы с нулевой зоной автокорреляции / Р.Н. Ипанов // Радиотехника и электроника. - 2018. - Т. 63, № 8. - С. 823-830. - https://doi.org/10.1134/S0033849418080077.
  13. Ipanov R.N. Radar Signals with ZACZ Based on Pairs of D-Code Sequences and Their Compression Algorithm / R.N. Ipanov, A.I. Baskakov, N. Olyunin, Min-Ho Ka // IEEE Signal Processing Letters. - 2018. - Vol. 25, № 10. - P. 1560-1564. - https://doi.org/10.1109/LSP.2018.2867734.
  14. Баскаков А.И. Фазокодоманипулированные радиолокационные сигналы для точного определения дальности и скорости малоразмерных космических объектов / А.И. Баскаков, Р.Н. Ипанов, А.А. Комаров // Журнал радиоэлектроники. - 2018. - № 12. - URL: http://jre.cplire.ru/jre/dec18/7/text.pdf.
  15. Baskakov A.I. The Use of Phase-shift Keyed Signals with a Zero Autocorrelation Zone in a Multi-position Radar System for Searching and Detecting of Space Debris Objects / A.I. Baskakov, R.N. Ipanov, A.A. Komarov // Proceedings of the 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium (Rome, 17-20 June 2019). - N.Y.: IEEE, 2020. - P. 1043-1049. - https://doi.org/10.1109/PIERS-Spring46901.2019.9017759.
  16. Ипанов Р.Н. Зондирующие сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. - 2019. - № 8. - URL: http://jre.cplire.ru/jre/aug19/7/text.pdf.
  17. Ipanov R.N. Signals with zero autocorrelation zone for the synthesised aperture radar / R.N. Ipanov // Electronics Letters. - 2019. - Vol. 55, № 19. - P. 1063-1065. - https://doi.org/10.1049/el.2019.1918.
  18. Ipanov R.N. Polyphase Radar Signals with ZACZ Based on p-Pairs D-Code Sequences and Their Compression Algorithm. Infocommunications Journal / R.N. Ipanov // - 2019. - Vol. 11, № 3. - P. 21-27. - https://doi.org/10.36244/ICJ.2019.3.4.
  19. Ipanov R.N. Phase-Code Shift Keyed Probing Signals with Discrete Linear Frequency Shift Keying and Zero Autocorrelation Zone / R.N. Ipanov, A.A. Komarov, A.P. Klimova // Proceedings of the 2019 International Conference on Engineering and Telecommunication (Dolgoprudny, 20-21 November 2019). - N.Y.: IEEE, 2020. - P. 1-5. - https://doi.org/10.1109/EnT47717.2019.9030566.
  20. Ipanov R.N. Phase-Code Shift Keyed Probing Signals with Discrete Linear Frequency Modulation and Zero Autocorrelation Zone / R.N. Ipanov // Infocommunications Journal. - 2020. - Vol. 12, № 1. - P. 45-52. - https://doi.org/10.36244/ICJ.2020.1.7.
  21. Ипанов Р.Н. Импульсные полифазные сигналы с нулевой зоной автокорреляции и алгоритм их сжатия / Р.Н. Ипанов // Радиотехника и электроника. - 2020. - Т. 65, №6. - С. 578-586. - https://doi.org/10.31857/S0033849420060121.
  22. Ипанов Р.Н. Полифазные частотно-манипулированные зондирующие сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. - 2020. - № 6. - URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun20/11/text.pdf.
  23. Ипанов Р.Н. Импульсные сигналы с нулевой зоной автокорреляции для радиолокаторов с синтезированной апертурой / Р.Н. Ипанов // Радиотехника и электроника. - 2020. - Т.65, № 9. - С. 894-901. - https://doi.org/10.31857/S0033849420080069.
  24. Ipanov R.N. Polyphase signals with discrete frequency shift keying and zero autocorrelation zone for the remote sensing radar / R.N. Ipanov, A.A. Komarov // Journal of Applied Remote Sensing. - 2020. - Vol. 14, № 4. - P. 040501. - https://doi.org/10.1117/1.JRS.14.040501.
  25. Ipanov R.N. Probing signals with ZACZ for GPR onboard of unmanned aerial vehicle / R.N. Ipanov, A.A. Komarov // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. - 2021. - Vol. 21, № 1. - P. 110-117. - https://doi.org/10.11591/ijeecs.v21.i1.pp110-117.
  26. Ипанов Р.Н. Требования к кодирующей матрице фазокодоманипулированного зондирующего сигнала с нулевой зоной автокорреляции / Р.Н. Ипанов // Журнал радиоэлектроники. - 2022. - № 7. - URL: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.5.
  27. Ipanov R.N. Requirements for the Coding Matrix of a Probing Signal with Zero Auto-correlation Zone for the Remote Sensing Radar / R.N. Ipanov // Sensing and Imaging. - 2023. - Vol. 24, № 1. - 18. - https://doi.org/10.1007/s11220-023-00423-8.