Analysis of RFI in UAV-based synthetic aperture radar: detection and suppression in an experimental setup

Synthetic aperture radars (SAR), represent one of the most emerging technologies for remote sensing and Earth observation operations. Their ability to achieve high-resolution imagery with compact antennas makes them highly desirable. Companies such as Capella Space are planning the future of constellation of SARs, leaving the idea of best "quality" of a single element, and instead focusing on the strategy of "quantity" with multiple elements. However, the increasing number of devices that make use of microwaves poses a significant challenge in terms of interference, particularly radio frequency interference (RFI), which can compromise SAR efficiency. The development of algorithms and signal processing techniques aimed at detecting and attenuating interference while minimizing the impact on the useful signal is becoming crucial. To address this challenge, this work proposes three different methodology for building filters capable of attenuating RFI from real data SAR. The strategy consists on the employment of a notch filter. The first method employs an Infinite Impulse Response filter (IIR) which turns out to be very efficient with and with a low computational load. Next, a Finite Impulse Response filter (FIR) is analyzed, which is characterized by a heavier computational load but thanks to its linear phase, it does not introduce phase distortion to the data. Finally, a filter retrieved with the Inverse Fourier Transform of an ad-hoc built frequency response function is considered. This one has a great flexibility since the frequency response function is manually defined, but it does not grant a perfect attenuation of interference. The effects of these filters are demonstrated through a real experiment with an UAVSAR and supported by a MATLAB simulation.

I radar ad apertura sintetica (SAR) rappresentano una delle tecnologie più emergenti per le missioni di telerilevamento ed osservazione della Terra. La loro capacità di ottenere immagini ad alta risoluzione con antenne compatte è il motivo di grande interesse in questa tecnologia. Aziende come Capella Space stanno pianificando il futuro delle costellazioni di SAR, abbandonando l'idea di puntare sulla "qualità" di un singolo elemento e concentrandosi invece su una strategia basata sulla "quantità" con numerosi elementi. Tuttavia, il crescente numero di dispositivi che utilizzano onde radio rappresenta una sfida significativa in termini di interferenze, in particolare interferenze delle radio frequenza (RFI), che possono compromettere l'efficienza dei SAR. Lo sviluppo di algoritmi e tecniche di elaborazione del segnale finalizzati a rilevare e attenuare le interferenze, riducendo al minimo l'impatto sul segnale utile, sta diventando sempre più cruciale. Alla luce di questa problematica, il seguente documento propone tre diverse metodologie per la costruzione di filtri capaci di attenuare le RFI dai dati SAR. La strategia consiste nell'utilizzo di un filtro notch. Il primo metodo impiega un filtro a risposta impulsiva infinita (IIR) che si rivela molto efficiente e con un basso carico computazionale. Successivamente, viene analizzato un filtro a risposta impulsiva finita (FIR), caratterizzato da un carico computazionale più pesante ma che, grazie alla sua fase lineare, non introduce distorsioni di fase nei dati. Infine, viene considerato un filtro ottenuto con la trasformata di Fourier inversa di una funzione di risposta in frequenza costruita ad hoc. Questo metodo presenta una grande flessibilità poiché la funzione di risposta in frequenza è definita manualmente, tuttavia non garantisce una perfetta attenuazione delle interferenze. Gli effetti di questi filtri sono dimostrati attraverso il loro impiego in un esperimento reale con un UAVSAR e vengono supportati da risultati di una simulazione eseguita tramite MATLAB.