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
2025, № 4 · RADAR INFORMATION METHODS AND ELEMENTS

The influence of small-bit quantization and limitations of the radar signal, retransmitted through DRFM, on the quality of the artificial radar image, formed in SAR

Y.N. Gorbunov1,2, A.P. Sonin3

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
2 JSC «Central Scientific Research Radio Engineering Institute named after Academician A.I. Berg», Moscow, Russia
3 JSC «Scientific and Production Association of Long-Range Radiolocation named after Academician A.L. Mintz», Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.4.11 UDC 621.396.96 EDN HFQUPW

Abstract

The article considers the influence of quantization and limitations of the retransmitted radar signal in analog-to-digital (ADC) and digital-to-analog (DAC) converters of digital radio frequency memory (DRFM) on the quality of the artificial radar image (RI), formed in a radar with a synthetic aperture antenna (SAR). The DRFM, built on the basis of the inverted Omega-k algorithm, forming an artificial map of the Earth's surface (Man-Made Map) for testing SAR, is investigated. The studies were carried out by numerical methods of parallel modeling of digital signal processing (DSP) processes in MATLAB. Numerical modeling of this DRFM was carried out in single-reflector and multireflector modes of synthesis of digital radio holograms (DRH) with different bit depths of the ADC and DAC, as well as with limitations of the amplitude of the reproduced radio signal. The output RIs (at the SAR output) corresponding to the initial (loaded into DRFM) pictures were obtained, and the levels of generated parasitic components in the obtained images were determined depending on the bit depth of the ADC and DAC and on the level of amplitude limitation of the reproduced radio signal. The distributions of instantaneous values of the reproduced radio signal at the DRFM output were analyzed when simulating several point reflectors (PR). Energy equations were derived for cases of simulating reflections from the underlying surface and from a scene containing many PRs for SAR using DRFM.

  • digital Radio-Frequency Memory (DRFM)
  • synthetic Aperture Radar (SAR)
  • digital radio-hologram (DRH)
  • radar image
  • Man-Made Map
  • Digital Signal processing (DSP)
  • analog-to-digital converter (ADC)
  • digital-to-analog converter (DAC)
  • matlab
  • Omega-K algorithm
  • peak to average ratio (PAR)
Аннотация (на русском)

Влияние малоразрядного квантования и ограничений зондирующего радиосигнала, ретранслируемого через DRFM, на качество искусственного радиолокационного изображения, формируемого в РСА

В статье рассмотрены вопросы влияния квантования и ограничений ретранслируемого зондирующего радиосигнала в аналого-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователях цифровой радиочастотной памяти (DRFM) на качество искусственного радиолокационного изображения (РЛИ), формируемого в радиолокаторе с синтезированной апертурой антенны (РСА). Исследована DRFM, построенная на основе обращенного Omega-k алгоритма, формирующая искусственную карту поверхности Земли (Man-Made Map) для тестирования РСА. Исследования проводились численными методами параллельного моделирования процессов цифровой обработки сигналов (ЦОС) в MATLAB. Проведено численное моделирование данной DRFM в одноточечном и многоточечных режимах синтеза цифровых радиоголограмм (ЦРГ) при различной разрядности АЦП и ЦАП, а также при ограничениях амплитуды воспроизводимого радиосигнала. Получены выходные РЛИ (на выходе РСА), соответствующие исходным (загруженным в DRFM) картинам, и определены уровни порождаемых паразитных составляющих в полученных изображениях в зависимости от разрядности АЦП и ЦАП и от уровня амплитудного ограничения воспроизводимого радиосигнала. Проведен анализ распределений мгновенных значений воспроизводимого радиосигнала на выходе DRFM при имитации нескольких точечных отражателей (ТО). Выведены энергетические соотношения для случаев имитации для РСА при помощи DRFM отражений от подстилающей поверхности и от сцены, содержащей множество ТО.

For citation

Gorbunov Y.N., Sonin A.P. The influence of small-bit quantization and limitations of the radar signal, retransmitted through DRFM, on the quality of the artificial radar image, formed in SAR // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.4.11

References

  1. Горбунов Ю.Н., Сонин А.П., Хромцев А.В., Свирин Д.М. Тестирование радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны при помощи DRFM // Журнал радиоэлектроники. - 2022. - № 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.1.7
  2. Сонин А.П. Тестирование радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны при помощи цифровой радиочастотной памяти (DRFM), формирующей искусственные карты // Дальняя радиолокация на службе Отечеству. - 2022. - С. 215-228.
  3. Yan Z., Guoqing Z., Yu Z. Research on SAR jamming technique based on man-made map // 2006 CIE International Conference on Radar. - IEEE, 2006. - С. 1-4.
  4. Saeedi J. A new hybrid method for synthetic aperture radar deceptive jamming // International Journal of Microwave Engineering (JMICRO). - 2019. - Т. 4. - №. 1. - С. 1-14.
  5. Sun Q. et al. Efficient deceptive jamming method of static and moving targets against SAR // IEEE Sensors Journal. - 2018. - Т. 18. - №. 9. - С. 3610-3618. https://doi.org/10.1109/JSEN.2018.2813521
  6. Cumming I. G., Wong F. H. Digital processing of synthetic aperture radar data // Artech house. - 2005.
  7. Сонин А.П. Параллельное моделирование в MATLAB цифровой радиочастотной памяти (DRFM), формирующей искусственные карты для тестирования радиолокатора с синтезированной апертурой антенны // Технологии разработки и отладки сложных технических систем. - 2023. - T. 2. - С. 267-274.
  8. Сонин А.П. Влияние перестройки периода повторения зондирующих радиоимпульсов на качество радиолокационного изображения, формируемого цифровой радиочастотной памятью на выходе тестируемого радиолокатора с синтезированной апертурой антенны // Дальняя радиолокация на службе Отечеству. - 2024. - C. 362-376.
  9. Сонин А.П. Способ радиолокационной съемки Земли и околоземного пространства радиолокатором с синтезированной апертурой антенны в неоднозначной по дальности полосе с селекцией движущихся целей на фоне отражений от подстилающей поверхности и радиолокатор с синтезированной апертурой антенны для его реализации. Описание изобретения к патенту RU2740782С1
  10. Горбунов Ю.Н., Куликов Г.В., Шпак А.В. Радиолокация: стохастический подход. - 2016.
  11. Горбунов Ю.Н. Цифровая обработка радиолокационных сигналов в условиях использования грубого (малоразрядного) квантования. - 2007.
  12. Schleher G.D.C. A Electronic Warfare in the Information Age // Artech House. - 1999.
  13. Непомнящий Г.А. О влиянии параметров цифрового устройства записи и воспроизведения на качество имитационного сигнала сложной структуры // Цифровые радиоэлектронные системы. - 2007-2008. - №. 7. - C. 89-95.
  14. Pace P.E. Developing digital RF memories and transceiver technologies for electromagnetic warfare. - Artech House, 2022.
  15. Горбунов Ю.Н., Акопян Г.Л. Обработка и генерация хаотических сигналов в технологии DRFM: учет ресурсных ограничений // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. - 2020. - Т. 12. - №. 2. - С. 219-226. https://doi.org/10.17725/rensit.2020.12.219
  16. Перунов Ю., Куприянов А. Методы и средства радиоэлектронной борьбы. - Litres, 2022.
  17. Сонин А.П. Моделирование цифровой обработки сигналов в радиолокаторах с синтезированной апертурой антенны на множестве CUDA GPU в MATLAB // Технологии разработки и отладки сложных технических систем. - 2020. - С. 429-436.
  18. Parallel Computing Toolbox User's Guide. R2024a. - The MathWorks, Inc., 2024. - 1264 p.
  19. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - "Высшая школа", 2006
  20. Kim B. Doherty power amplifiers: from fundamentals to advanced design methods. - Academic Press, 2018.
  21. Кочемасов В., Косичкина Т. Усилители мощности по схеме Догерти часть 1 // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2019. - №. 3. - С. 144-153. https://doi.org/10.22184/1992-4178.2019.184.3.144.152
  22. Стародубцев Г. Усилители Догерти для современных систем связи // Электронные компоненты. - 2020. - №. 4. - C. 42-45.
  23. Юдин Л.М., Фомичев К.И. Энергетические соотношения при создании помех. - Москва, Базовая кафедра МИРЭА №333, 1983.
  24. Перунов Ю.М., Фомичев К.И., Юдин Л.М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления. - Радиотехника, 2003.
  25. Бородин А.М., Лобанов Б.С., Сонин А.П. Пути построения интегрированных бортовых радиотехнических комплексов с цифровой обработкой радиосигналов. - 2011.