Coherent geometrical autofocusing of high resolution SAR image based on prominent targets

Synthetic Aperture Radar (SAR) is an active coherent imaging technology that is able to creates high resolution images of the observed area. The SAR image is created making multiple radar measures along a defined synthetic aperture. In order to have highly reso- lute and focused image, the coordinates of the trajectory travelled by the radar must be known with precision, usually higher than the one achieved by the on board localization system. Autofocusing algorithms are signal processing tools employed to focus SAR images in presence of inaccurate information about sensor trajectory. The aim of the thesis is to develop and evaluate an autofocusing method able to retrieve the correct location of radar platform along the synthetic aperture. In this work is presented an autofocusing algorithm that estimates the phase error, associated to the motion deviation, and from that computes the geometrical trajectory corrections. The proposed algorithm overcomes the limitation of traditional PGA, making it applicable also in scenarios where the incidence angle is not constant for every points in the observed area, such as low altitude applications. The defined model is validated through simulations for both monostatic and bistatic SAR. The autofocus is, at the end, applied to two real cases of SAR platforms mounted on a drone and on a helicopter. The achieved results demonstrate the feasibility and the correct functioning of the proposed algorithm in all the examined cases.

Il Synthetic Aperture Radar (SAR) è una tecnologia di imaging coerente attiva in grado di creare immagini ad alta risoluzione dell’area osservata. L’immagine SAR viene creata effettuando multiple misurazioni radar lungo una definita apertura sintetica. Per avere un’immagine altamente risoluta e focalizzata, le coordinate della traiettoria percorsa dal radar devono essere note con precisione, di solito maggiore di quella raggiunta dal sistema di localizzazione a bordo. Gli algoritmi di autofocus sono strumenti di elaborazione del segnale utilizzati per mettere a fuoco le immagini SAR in presenza di informazioni imprecise sulla traiettoria del sensore. Lo scopo della tesi è sviluppare e valutare un metodo di autofocus in grado di recuperare la posizione corretta della piattaforma radar lungo l’apertura sintetica. In questo lavoro viene presentato un algoritmo di autofocus che stima l’errore di fase, associato alla deviazione di movimento, e da ciò calcola le correzioni geometriche della traiettoria. L’algoritmo proposto supera le limitazioni del tradizionale PGA, rendendolo applicabile anche in scenari in cui l’angolo di incidenza non è costante per ogni punto dell’area osservata, come nelle applicazioni a bassa quota. Il modello definito è validato attraverso simulazioni sia per SAR monostatico che bistatico. L’autofocus viene infine applicato a due casi reali di piattaforme SAR montate su un drone e su un elicottero. I risultati ottenuti dimostrano la fattibilità e il corretto funzionamento dell’algoritmo proposto in tutti i casi esaminati.