DE102016209803B3 - Method for creating an earth observation image of a region by means of a synthetic aperture radar - Google Patents
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Abstract
Bei dem Verfahren wird ein Erdbeobachtungsbild einer Region mittels eines Radars mit synthetischer Apertur (SAR) und einer phasengesteuerten, aus Einzelantennen zusammengesetzten Gruppenantenne mit einem durch einen Steuerwinkel erzielbaren azimutalen Schwenkwinkelbereich erstellt. Jede Einzelantenne weist einen die Einzelantennenverstärkung in Abhängigkeit vom Raumwinkel beschreibenden Elementfaktor und die Gruppenantenne einen Arrayfaktor auf, der die sich aus der Anordnung und Anzahl der Einzelantennen ergebende Gruppenantennenverstärkung in Abhängigkeit vom Raumwinkel beschreibt, wobei die Gruppenantennenverstärkung mehrere Hauptmaxima aufweist, die im Wesentlichen gleich groß sind und die jedoch im Hinblick auf die Gesamtverstärkung, die sich aus dem Elementfaktor und der Gruppenantennenverstärkung ergibt, zu größer werdenden Steuerwinkeln hin abgeschwächt sind. Der nutzbare azimutale Schwenkwinkelbereich wird bei der Erfassung einer Region erweitert, und zwar durch mehrmaliges Einstellen des gleichen Steuerwinkels innerhalb des eindeutigen, durch die geometrische Anordnung der Einzelantennen gegebenen Steuerwinkelbereichs, und durch Herausfiltern desjenigen mehrdeutigen Hauptmaximums, das in die jeweils gewünschte Steuerrichtung zeigt, wodurch die geometrische und/oder radiometrische Auflösung des SAR verbessert wird. Die Pulswiederholfrequenz, mit der die Radarpulse gesendet werden, wird so gewählt, dass die jeweils gewünschten und die ungewünschten Hauptmaxima zur Reduzierung der ungewünschten Hauptmaxima separiert sind und somit ein Herausfiltern dieser Hauptmaxima möglich ist.In the method, an earth observation image of a region is created by means of a synthetic aperture radar (SAR) and a phased array antenna composed of individual antennas having an azimuthal swivel angle range obtainable by a steering angle. Each individual antenna has an elementary element gain describing the individual antenna gain as a function of the solid angle, and the array antenna has an array factor describing the array antenna gain as a function of solid angle resulting from the arrangement and number of individual antennas, the array antenna gain having several main maxima which are substantially equal and which, however, are attenuated toward increasing control angles in view of the overall gain resulting from the element factor and the array antenna gain. The usable azimuthal swivel angle range is widened in the detection of a region, by setting the same control angle multiple times within the unique control angle range given by the geometric arrangement of the individual antennas, and filtering out the ambiguous main maximum pointing in the respective desired control direction, whereby geometric and / or radiometric resolution of the SAR is improved. The pulse repetition frequency with which the radar pulses are transmitted is selected so that the respective desired and the undesired main maxima are separated in order to reduce the undesired main maxima and thus filtering out these main maxima is possible.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Erdbeobachtungsbildes einer Region mittels eines Radars mit synthetischer Apertur (SAR) und einer phasengesteuerten, aus Einzelantennen zusammengesetzten Gruppenantenne mit einem durch einen Steuerwinkel erzielbaren azimutalen Schwenkwinkelbereich, wobei jede Einzelantenne einen die Einzelantennenverstärkung in Abhängigkeit vom Raumwinkel beschreibenden Elementfaktor und die Gruppenantenne einen Arrayfaktor aufweist, der die sich aus der Anordnung und Anzahl der Einzelantennen ergebende Gruppenantennenverstärkung in Abhängigkeit vom Raumwinkel beschreibt, wobei die Gruppenantennenverstärkung mehrere Hauptmaxima aufweist, die im Wesentlichen gleich groß sind und die jedoch im Hinblick auf die Gesamtverstärkung, die sich aus dem Elementfaktor und der Gruppenantennenverstärkung ergibt, zu größer werdenden Steuerwinkeln hin abgeschwächt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auflösungsverbesserung durch Ausdehnung des nutzbaren Schwenkwinkelbereichs einer phasengesteuerten Gruppenantenne für Radar mit synthetischer Apertur (SAR) (nachfolgend auch Wrapped Staring Spotlight genannt) und zur SAR-Bildqualitätsverbesserung bei Anteilen der sythetischen Apertur mit schlechtem SNR (nachfolgend auch mit LNPC bzw. Omega-Weighting bezeichnet).The invention relates to a method for generating an earth observation image of a region by means of a synthetic aperture radar (SAR) and a phased array antenna composed of individual antennas with an azimuthal swivel angle range obtainable by a control angle, each individual antenna having an elementary antenna gain as a function of the solid angle the array antenna has an array factor which describes the group antenna gain as a function of the solid angle resulting from the arrangement and number of individual antennas, the array antenna gain having a plurality of main maxima which are substantially equal but which, in view of the overall gain resulting from the Element factor and the group antenna gain results are weakened towards increasing control angles. More particularly, the invention relates to a method of improving resolution by extending the useful swing angle range of a phased array Synthetic Aperture Radar (SAR) and SAR image quality enhancement portions of the synthetic SNR poor aperture (hereinafter also LNPC) or omega-weighting).
Staring Spotlight [1] ist der SAR-Abbildungsmodus (engl.: Synthetic Aperture Radar SAR) mit der längsten Beleuchtungsdauer eines Ziels und somit auch mit der besten Auflösung. Die Antenne wird dabei während des Vorbeiflugs des Radars stetig auf das Zentrum der abzubildenden Szene gerichtet (siehe
Sehr häufig ist die Antenne als phasengesteuerte Gruppenantenne realisiert, welche schnelle Änderungen der Antennenblickrichtung ohne Anforderungen an die Lage des Trägers oder eine Beeinflussung derselben erlaubt. Die Ausrichtung der Blickrichtung erfolgt dabei elektronisch durch Anregungskoeffizienten für die jeweiligen Einzelantennen. Für jeden Steuerwinkel ist in der Regel ein Satz von Anregungskoeffizienten an Bord des Trägers gespeichert. Dadurch sind die einstellbaren Steuerwinkel in ihrer Anzahl oder Quantisierung begrenzt. In der Regel ist der Abstand der durch Anregungskoeffizienten ansprechbaren Einzelantennen größer als die halbe Wellenlänge, was zum Auftreten von Gitterkeulen (engl.: Grating Lobes) führt.Very often, the antenna is realized as a phased array antenna, which allows rapid changes in the direction of the antenna sight without requirements on the position of the carrier or an influence on the same. The alignment of the viewing direction is carried out electronically by excitation coefficients for the respective individual antennas. For each control angle, a set of excitation coefficients is usually stored on board the carrier. As a result, the adjustable control angle are limited in their number or quantization. In general, the distance of the excitation coefficient addressable individual antennas is greater than half the wavelength, which leads to the occurrence of grating lobes (English: Grating praise).
Ein dem Stand der Technik entsprechendes SAR-System mit Staring-Spotlight-Abbildungsmodus und phasengesteuerter Gruppenantenne ist TerraSAR-X (TSX) [1]. Bei diesem beispielhaften System decken die on-board tabellierten Anregungskoeffizienten einen Bereich azimutaler Steuerwinkel zwischen –2,2° und +2,2° ab. Dieser Winkelbereich von 4,4° entspricht dem Winkelabstand ΔθGL zwischen den Hauptmaxima des Azimut-Antennendiagramms. Hauptmaxima sind die Gitterkeulen und die Hauptkeule. Es ist möglich, den Schwenkwinkelbereich durch eine andere Verteilung der Steuerwinkel auszudehnen, was aber zu einer Vergrößerung der Quantisierung und somit zu Qualitätsverlusten führt.One prior art SAR system with staring spotlight imaging mode and phased array antenna is TerraSAR-X (TSX) [1]. In this exemplary system, the on-board tabulated excitation coefficients cover a range of azimuthal control angles between -2.2 ° and + 2.2 °. This angle range of 4.4 ° corresponds to the angular distance Δθ GL between the main maxima of the azimuth antenna pattern. Main maxima are the grating lobes and the main lobe. It is possible to extend the swing angle range by a different distribution of the control angle, but this leads to an increase in the quantization and thus to quality losses.
Eine Technik, die im weiter unten beschriebenen Wrapped-Starring-Spotlight-Modus unterstützend zum Einsatz kommt, ist die des Diverging PRF-Setting [1], [2]. In SAR-Systemen erfolgt eine Abtastung des im Prinzip nicht bandbegrenzten Signals in Azimut mit der Pulswiederholfrequenz (PRF). Dabei werden Signale aus Richtungen, welche nicht Azimutfrequenzen innerhalb des PRF-Bandes entsprechen, durch Rückfaltung ebenfalls in das PRF-Band gespiegelt. Durch gezielte Auswahl der verwendeten PRF kann nun die Positionierung eines unerwünschten gesteuerten oder rückgefalteten Hauptmaximums relativ zu einem gewünschten gesteuerten oder rückgefalteten Hauptmaximums eingestellt werden. Diverging PRF-Setting bedeutet nun, die Position der gewünschten und ungewünschten Hauptmaxima so weit als möglich voneinander separiert einzustellen. Dann kann mit einer Bandpassfilterung möglichst viel des unerwünschten Hauptmaximums entfernt werden.
Die konventionelle SAR-Prozessierung in der azimutalen Dimension führt unter anderem eine Korrektur des Azimut-Antennen-Diagramms im Azimut-Spektrum durch und danach eine Gewichtung eines jeden Looks in Azimut zur Kontrolle bzw. Unterdrückung der Nebenzipfel der Impulsantwort. Die Nebenzipfelunterdrückung kann auch im Azimut-Spektrum verortet werden. Für die Verarbeitung von Daten des beispielhaften TSX-Systems wird im Folgenden ein ”General Cosine Window” [1] mit einem α-Parameter von 0,6 angenommen. Dies reduziert die geometrische Auflösung im Vergleich zur Prozessierung ohne Nebenzipfelunterdrückung um den Faktor 1,3. Die bisher für das beispielhafte TSX-System maximale geometrische Azimutauflösung im Staring Spotlight Abbildungsmodus, die sich aus dem Azimut-Schwenkwinkelbereich von 4,4° ergibt, beträgt 0,165 m ohne spektrale Gewichtung zur Nebenzipfelunterdrückung und 0,225 m mit Nebenzipfelunterdrückung [1]. Das größte Nebenzipfelverhältnis bezogen auf das Maximum der Impulsantwort (engl.: Peak Sidelobe Ratio – PSLR) ist –13,2 dB ohne Nebenzipfelunterdrückung und –31,6 dB mit Unterdrückung. The conventional SAR processing in the azimuthal dimension performs, among other things, a correction of the azimuth antenna diagram in the azimuth spectrum and then a weighting of each look in azimuth to control or suppress the sidelobes of the impulse response. The sidelobe suppression can also be located in the azimuth spectrum. For the processing of data of the exemplary TSX system, a "General Cosine Window" [1] with an α-parameter of 0.6 is assumed below. This reduces the geometric resolution by a factor of 1.3 compared to processing without sidelobe suppression. The maximum geometrical azimuth resolution in Staring Spotlight imaging mode so far resulting from the azimuth slewing angle range of 4.4 ° for the exemplary TSX system is 0.165 m without spectral weighting for sidelobe suppression and 0.225 m with sidelobe suppression [1]. The maximum sidelobe ratio with respect to the Peak Sidelobe Ratio (PSLR) is -13.2 dB with no sidelobe suppression and -31.6 dB with suppression.
Es gibt zwei prinzipielle Möglichkeiten die zur Verfügung stehende azimutale Bandbreite bildhaft darzustellen: in maximaler geometrischer Auflösung oder durch Aufteilen der Bandbreite in mehrere Sichten (engl. ”Looks”) und inkohärente Addition dieser, was eine Darstellung mit reduziertem Speckle und verschlechterter geometrischer Auflösung ergibt. Speckle ist eine Fluktuation der Helligkeit, die allen SAR-Bildern inhärent ist und welche die Detektion von Zielen erschwert. Looks werden in SAR-Bildern häufig überlappend generiert und ein verbreitetes Maß zur Quantifizierung der Reduktion von Speckle ist die ”Äquivalente Anzahl von Looks” (engl.: ”Equivalent Number of Looks – ENL”).There are two principal ways to graphically represent the available azimuthal bandwidth: in maximum geometric resolution, or by dividing the bandwidth into multiple views ("looks") and incoherently adding them, giving a representation with reduced speckle and degraded geometric resolution. Speckle is a fluctuation in brightness that is inherent in all SAR images and that makes it difficult to detect targets. Looks are often overlapped in SAR images, and a common measure used to quantify the reduction of Speckle is the Equivalent Number of Looks (ENL).
Ein weiterer wichtiger Qualitätsparameter von SAR-Bildern ist der Anteil von Rauschen im Signal, welcher durch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (engl.: Signal to Noise Ratio – SNR) beschrieben werden kann. Der dominante Anteil des Rauschens ist in der Regel das thermische Rauschen am Radarempfänger. Ein hoher Rauschanteil im SAR-Signal erscheint im SAR-Bild wie ein Grauschleier, der sich über das Bild legt. Ein hoher Rauschanteil reduziert ebenfalls die Detektierbarkeit von Zielen.Another important quality parameter of SAR images is the amount of noise in the signal, which can be described by the signal-to-noise ratio (SNR). The dominant part of the noise is usually the thermal noise at the radar receiver. A high amount of noise in the SAR signal appears in the SAR image like a gray haze over the image. High noise also reduces the detectability of targets.
Sowohl Speckle als auch thermisches Rauschen fluktuieren den gemessenen Radar-Rückstreuquerschnitt. Für Flächenziele kann man ENL und SNR in einen Qualitätsparameter zusammenfassen und die Detektierbarkeit im SAR-Bild durch die ”Radiometrische Auflösung (engl.: radiometric resolution RR)” beschreiben als Both speckle and thermal noise fluctuate the measured radar backscatter cross section. For area targets, one can summarize ENL and SNR into a quality parameter and describe the detectability in the SAR image by the "radiometric resolution RR" as
Der Kontrast ist eine hilfreiche Messgröße zum Vergleich von unterschiedlich dargestellten SAR-Bildern. Er liefert Rückschlüsse auf eine Veränderung des Rauschanteils und beschreibt die Detektierbarkeit von Szenen mit heterogenem Rückstreuquerschnitt (engl.: ”Backscatter”), wie er zum Beispiel in urbanen Gebieten auftritt. Es gibt für SAR keine einheitliche Definition des Kontrasts. Im Folgenden wird nachstehende Definition des ”Root Mean Square Contrast” Crms verwendet, die ähnlich für optische Bilder definiert ist: wobei Np die Anzahl von Bildpixeln mit Grauwerten von 0 bis 255 ist und gp der Grauwert eines Pixels. Je kleiner Crms ist, umso ähnlicher ist das Bild einem einzigen, idealen, das ganze Bild ausfüllende Flächenziel ohne Speckle und ohne Rauschen. Je größer Crms für eine Szene mit gemischten Zielen, also Flächenzielen, urbane Gebieten und Punktzielen ist, umso weniger Rauschanteil ist vorhanden. Der maximale Kontrast ergibt sich, wenn die Hälfte der Pixel maximale und die andere Hälfte minimale Graustufe aufzeigen. Der maximale Kontrast entspricht der Hälfte der höchsten Graustufe, also 127,5 in Gleichung (1). Die Darstellung der zurückgestreuten Radarleistung erfolgt wegen des günstigeren Dynamikbereiches oft in der Wurzel der Intensität, also in Amplitude. Im Folgenden wird der Grauwert Null der Amplitude Null zugeordnet und der Grauwert 255 der Wurzel des 95. Perzentils der Intensität.The contrast is a helpful measure for comparing differently displayed SAR images. It provides conclusions about a change in the noise component and describes the detectability of scenes with heterogeneous backscatter cross-section (English: "Backscatter"), such as occurs in urban areas. There is no uniform definition of contrast for SAR. The following is the definition of the "Root Mean Square Contrast" rms , which is defined similarly for optical images: where N p is the number of gray-scale image pixels from 0 to 255 and g p is the gray value of a pixel. The smaller C rms is, the more similar the image is to a single, ideal, full-frame area target without speckle and noise. The larger C rms is for a scene with mixed targets, ie area targets, urban areas, and point targets, the less noise there is. The maximum contrast is obtained when half of the pixels show maximum gray scale and the other half. The maximum contrast is half of the highest gray level, which is 127.5 in Equation (1). The representation of the backscattered radar power is often due to the favorable dynamic range in the root of the intensity, ie in amplitude. In the following, the gray value zero is assigned to the amplitude zero and the gray value 255 to the root of the 95th percentile of the intensity.
Die Darstellung der Amplitude in
Tabelle 1: Bildqualitätsparameter für den Ausschnitt aus einem Staring Spotlight Bild des TerraSAR-X Systems. Table 1: Image quality parameter for the section from a staring spotlight image of the TerraSAR-X system.
- a) In Staring Spotlight SAR ist entweder der azimutale Steuerwinkelbereich oder die Quantisierung der Steuerwinkel durch den verfügbaren On-board-Speicher begrenzt. Durch den bei Beibehaltung der Quantisierung begrenzten Steuerwinkelbereich ist die maximal mögliche geometrische Auflösung begrenzt. Bei Beibehaltung einer geometrischen Auflösung ist die radiometrische Auflösung begrenzt.a) In Staring Spotlight SAR, either the azimuthal control angle range or the quantization of the control angles is limited by the available on-board memory. Due to the limited control angle range while maintaining the quantization, the maximum possible geometric resolution is limited. Maintaining geometric resolution limits radiometric resolution.
- b) Wird bei SAR-Akquisitionen der Winkelbereich so weit ausgedehnt, dass auch Winkel in die synthetische Apertur eingehen, unter denen der Antennengewinn schlecht ist, dann erhöht sich das thermische Rauschen bei konventioneller SAR-Prozessierung stark und das SNR im SAR-Bild ist schlecht. Daher werden diese Winkelbereiche nicht verarbeitet und deren Informationspotential bleibt ungenutzt.b) In SAR acquisitions, when the angle range is extended to include angles in the synthetic aperture where the antenna gain is poor, the thermal noise in conventional SAR processing increases greatly and the SNR in the SAR image is poor , Therefore, these angular ranges are not processed and their information potential remains unused.
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung der Auflösung und der Bildqualität bei SAR-Systemen.The object of the invention is to improve the resolution and image quality in SAR systems.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen zur Erstellung eines Erdbeobachtungsbildes einer Region mittels eines Radars mit synthetischer Apertur (SAR) und einer phasengesteuerten, aus Einzelantennen zusammengesetzten Gruppenantenne mit einem durch einen Steuerwinkel erzielbaren azimutalen Schwenkwinkelbereich, wobei jede Einzelantenne einen die Einzelantennenverstärkung in Abhängigkeit vom Raumwinkel beschreibenden Elementfaktor und die Gruppenantenne einen Arrayfaktor aufweist, der die sich aus der Anordnung und Anzahl der Einzelantennen ergebende Gruppenantennenverstärkung in Abhängigkeit vom Raumwinkel beschreibt, wobei die Gruppenantennenverstärkung mehrere Hauptmaxima aufweist, die im Wesentlichen gleich groß sind und die jedoch im Hinblick auf die Gesamtverstärkung, die sich aus dem Elementfaktor und der Gruppenantennenverstärkung ergibt, zu größer werdenden Steuerwinkeln hin abgeschwächt sind, wobei bei dem Verfahren
- – der nutzbare azimutale Schwenkwinkelbereich bei der Erfassung einer Region erweitert wird durch mehrmaliges Einstellen des gleichen Steuerwinkels innerhalb des eindeutigen, durch die geometrische Anordnung der Einzelantennen gegebenen Steuerwinkelbereichs, und durch Herausfiltern desjenigen mehrdeutigen Hauptmaximums, das in die jeweils gewünschte Steuerrichtung zeigt, wodurch die geometrische und/oder radiometrische Auflösung des SAR verbessert wird, wobei die Pulswiederholfrequenz, mit der die Radarpulse gesendet werden, so gewählt wird, dass die jeweils gewünschten und die ungewünschten Hauptmaxima zur Reduzierung der ungewünschten Hauptmaxima separtiert sind und somit ein Herausfiltern dieser Hauptmaxima möglich ist, und
- – mindestens eine Aufnahme der Region zur Erstellung eines Erdbeobachtungsbilds verarbeitet wird.
- - The usable azimuthal swivel angle range in the detection of a region is extended by repeatedly setting the same control angle within the unique, given by the geometric arrangement of the individual control angle control range, and by filtering out that ambiguous main maximum pointing in the respective desired direction of control, whereby the geometric and / or radiometric resolution of the SAR is improved, the pulse repetition frequency with which the Radar pulses are sent, is selected so that the respective desired and the unwanted main maxima to reduce the unwanted main maxima are separtiert and thus filtering out these main maxima is possible, and
- - At least one image of the region is processed to create an Earth observation image.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt neben der Erweiterung des nutzbaren azimutalen Schwenkwinkelbereichs die Verarbeitung des Erdbeobachtungsbildes anhand einer Multi-Look-Verarbeitung, d. h. anhand der Verarbeitung einer Gesamtaufnahme einer Region erstellt wird, die zusammengesetzt ist aus mehreren Teilaufnahmen (sogenannte Looks) der Region durch Beleuchten über jeweils unterschiedliche Blickwinkelbereiche hinweg, wobei die Teilaufnahmen jeweils aus der Gesamtaufnahme herausgefiltert werden, wobeiAccording to one embodiment of the invention, in addition to the expansion of the usable azimuthal swivel angle range, the processing of the earth observation image takes place on the basis of multi-look processing, ie. H. is created by processing a total image of a region, which is composed of several partial shots (so-called looks) of the region by illuminating across different viewing angle ranges, the partial images are filtered out of the total recording, where
- – Anteile der synthetischen Apertur, die bei bestimmten Blickwinkeln ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen, das kleiner ist als ein vorgebbarer Grenzwert und damit ”schlecht” ist, weshalb diese Anteile der synthetischen Apertur bei bisherigen Verfahren nicht genutzt wurden, nutzbar gemacht werden durch eine Signal-zu-Rausch-abhängige Aufsummierung der einzelnen Looks, wobei die Aufsummierung entwederPortions of the synthetic aperture which, at certain angles, have a signal-to-noise ratio which is less than a predeterminable limit and is therefore "poor", so that these portions of the synthetic aperture have not been used in previous methods through a signal-to-noise-dependent summation of the individual looks, with the summation either
- – ortsunabhängig direkt aus dem Azimut-Antennendiagramm abgeleitet wird durch eine normalisierte Korrektur des Antennendiagramms in den einzelnen Looks (LNPC), wobei zunächst das Antennendiagramm korrigiert und danach in jedem Look eine Normierung so durchgeführt wird, dass bei einem bestimmten Azimutwinkel oder, falls die Operation im Spektrum durchgeführt wird, bei einer bestimmten, für jeden Look spezifischen Azimutfrequenz das Produkt aus inversem Antennendiagramm und Normierung in jedem Look einen Wert von eins ergibt, oderDerived directly from the azimuth antenna diagram, is derived by a normalized correction of the antenna pattern in the individual looks (LNPC), first of all correcting the antenna pattern and then normalizing each look in such a way that at a certain azimuth angle or, if the operation in the spectrum, at a certain azimuth frequency specific to each look, the product of inverse antenna pattern and normalization gives a value of one in each look, or
- – ortabhängig durch eine an jeder Pixelposition unterschiedliche Signal-zu-Rausch-abhängige Gewichtung der Looks (Ω-Weighting) durchgeführt wird, wobei die Gewichtungsfunktion nach gewünschten Optimierungskriterien erstellt wird.Depending on the location, a signal-to-noise-dependent weighting of the looks (Ω-weighting), which is different at each pixel position, is performed, wherein the weighting function is created according to desired optimization criteria.
Weitere mögliche Varianten der Erfindung betreffen bei ortsabhängiger Gewichtung der Looks, indem es sich bei den Optimierungskriterium für die Erstellung der Gewichtungsfunktion um
- – eine möglichst gute radiometrische Auflösung und/oder
- – eine möglichst gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis im Multi-Look-Bild und/oder
- – eine möglichst hohe Anzahl Equivalent Number of Looks handelt/handeln kann.
- - The best possible radiometric resolution and / or
- A best possible signal-to-noise ratio in the multi-look image and / or
- - can trade / trade as high as possible Equivalent Number of Looks.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Aufnahme im Spotlight-Modus und damit durch Verlängerung der Beleuchtung der aufzunehmenden Region infolge der Erweiterung des azimutalen Schwenkwinkelbereichs, oder im TOPSAR-Modus durch Ausdehnung des azimutalen Schwenkwinkelbereichs, oder im Bi-Directional-SAR-Modus oder im Forward/Backward-Looking-SAR-Modus durchgeführt wird.A further aspect of the invention can be seen in that the recording in the spotlight mode and thus by extending the illumination of the region to be recorded as a result of the expansion of the azimuthal swivel angle range, or in TOPSAR mode by extending the azimuthal swivel angle range, or bi-directional SAR mode or in forward / backward looking SAR mode.
Die verschiedenen Aspekte der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:The various aspects of the invention are explained below with reference to the drawing. In detail, they show:
Bei einem bestehenden SAR-System mit phasengesteuerter Gruppenantenne dehnt der erfindungsgemäße Aufnahmemodus (nachfolgend mit Wrapped-Staring-Spotlight-Modus bezeichnet) den Schwenkwinkelbereich gegenüber dem herkömmlichen Staring-Spotlight Aufnahmemodus wesentlich aus, und zwar ohne zusätzlichen On-board-Speicherplatz-Bedarf und ohne eine Verschlechterung der Quantisierung der Steuerwinkel. Vorbedingung ist, dass der Winkelabstand ΔθGL zwischen den Hauptmaxima in ausreichender Quantisierung der Steuerwinkel abgedeckt ist. Die Ausdehnung erfolgt dann durch wiederholtes Einstellen der Steuerwinkel innerhalb ΔθGL, wobei aber nicht die Signalanteile der eigentlich durch die Anregungskoeffizienten eingestellten Steuerrichtung der synthetischen Apertur sondern diejenigen Signalanteile hinzugefügt werden, die aus der gewünschten Richtung eines anderen Hauptmaximums des Antennendiagramms kommen.In an existing phased array SAR system, the capture mode of the present invention (hereafter referred to as wrapped staring spotlight mode) substantially extends the slew angle range over the conventional staring spotlight capture mode, without additional on-board space requirements and without a deterioration of the quantization of the control angle. Prerequisite is that the angular distance Δθ GL between the main maxima is covered in sufficient quantization of the control angle. The expansion then takes place by repeatedly setting the control angles within Δθ GL , but not adding the signal components of the control direction of the synthetic aperture actually set by the excitation coefficients, but those signal components coming from the desired direction of another principal maximum of the antenna pattern.
Die Auswahl der gewünschten Signalanteile bzw. die Unterdrückung der unerwünschten erfolgt durch eine zeitabhängige Bandpass-Filterung. Dieser Vorgang ist in
Die bei der Bildung der synthetischen Apertur unter Einbeziehung von Steuerwinkelbereichen mit schlechtem SNR entstehenden SAR-Bilder können bezüglich der beiden Qualitätsparameter ”Kontrast” und ”radiometrische Auflösung” gegenüber einer konventionellen SAR-Verarbeitung durch eine neuartige, vom SNR der einzelnen Looks abhängige, gewichtete Multi-Look-Prozessierung wesentlich verbessert werden. Zwei Hauptvarianten der neuartigen Multi-Look-Prozessierung werden nachfolgend als Ausführungsbeispiel angeführt, nämlich Look Normalisierte Antennendiagramm Korrektur (engl.: Look Normalized Pattern Correction – LNPC) mit einer über die Pixel konstanten und damit ortsunabhängigen Gewichtung der einzelnen Look-Bilder, und Ω-Gewichtung (engl.: Ω-Weighting) mit einer pixelabhängigen und damit ortsvarianten Gewichtung der Look-Bilder. LNPC ist einfacher zu implementieren. Ω-Weighting ist flexibler und kann besser auf die Detektion von bestimmten Zielen abgestimmt werden.The SAR images resulting from the formation of the synthetic aperture involving poor SNR control angle regions can be compared to conventional SAR processing by a new single weighted SNR based on the two quality parameters "contrast" and "radiometric resolution" Look-process can be significantly improved. Two main variants of the novel multi-look processing are cited below as an exemplary embodiment, namely Look Normalized Pattern Correction (LNPC) with a constant weighting of the individual look images, which is constant over the pixels and thus location-independent. Weighting (English: Ω-weighting) with a pixel-dependent and thus location-weighted weighting of the look images. LNPC is easier to implement. Ω weighting is more flexible and can be better tuned to the detection of specific goals.
LNPC-VarianteLNPC variant
LNPC gewichtet die einzelnen Azimut-Look-Bilder unterschiedlich stark in der Addition zum Multi-Look-Bild (engl.: Multilook Image). Die unterschiedliche Gewichtung ergibt sich durch eine normalisierte Korrektur des Azimut-Antennendiagramms. Die Normalisierung kann zum Beispiel in jedem Look auf die mittlere Azimutfrequenz des Looks bezogen werden, d. h. bei den mittleren Azimutfrequenzen der Looks wäre dann die Korrektur jeweils 1. Jedes Pixel im resultierenden Multi-Look-Bild besitzt genau gleich gewichtete Anteile der einzelnen Looks. LNPC ist damit ortsinvariant.LNPC weights the individual azimuth look images differently in the addition to the multi-look image. The different weighting results from a normalized correction of the azimuth antenna diagram. For example, in each look, the normalization may be related to the mean azimuth frequency of the look, i. H. at the mean azimuth frequencies of the looks, the correction would be 1. Each pixel in the resulting multi-look image has exactly equal weighted portions of each look. LNPC is thus location-invariant.
Wichtig für das LNPC-Multi-Looking ist die spektrale Korrektur des Antennendiagramms durch die von der Azimutfrequenz fa und der Nummer des Looks abhängige Amplitudengewichtungsfunktion ALNPC,k(fa) in Gleichung (3). Die Amplitude des Zweiweg-Azimut-Antennendiagramms des Gesamtspektrums ist mit AAP2W(fa) bezeichnet. Die zentrale Dopplerfrequenz (engl.: Doppler centroid) des Looks k ist mit fc , k bezeichnet. Die Rechteckfunktion rect wählt für jeden Look k aus dem Gesamtsprektrum die Look-Bandbreite BL zentriert um fc,k aus. Das Antennendiagramm wird für alle Frequenzen fa korrigiert aber durch die Multiplikation mit AAP2W(fc,k) auf den Wert 1 bei der zentralen Dopplerfrequenz normiert.Important for the LNPC multi-looking is the spectral correction of the antenna diagram by the amplitude weighting function A LNPC, k (f a ) in equation (3), which depends on the azimuth frequency f a and the number of the look. The amplitude of the two-way azimuth antenna diagram of the total spectrum is designated AAP 2W (f a ). The central Doppler centroid (Doppler centroid) of the look k is denoted by f c , k . The rectangle function rect selects for each look k from the total spectrum the look bandwidth B L centered around f c, k . The antenna diagram is corrected for all frequencies f a but standardized by the multiplication with AAP 2W (f c, k ) to the
An der gleichen Stelle im Ablauf von
Ccal ist eine beliebige Kalibrierkonstante, zu der alle notwendigen, aber für die Beschreibung des Verfahrens nicht erforderlichen Konstanten zusammengefasst sind. Wegen der unterschiedlichen Gewichtung der Look-Pixel in der Summation zum Multi-Look-Pixel ist eine Normierung der Summe durch den Nenner in Gleichung (4) erforderlich. Dabei ist WI,S[k] ein in Gleichung (5) definierter Faktor für Look k, der das Verhältnis der Intensität eines Look-Pixels vor und nach der spektralen LNPC-Gewichtung und der Gewichtung zur Nebenzipfelunterdrückung beschreibt. Das Integral über die Look-Bandbreite BL ist um fc,k zentriert, und beinhaltet die Gewichtung der Intensität durch das Azimut-Antennendiagramm, das über der Bandbreite des Looks k auf diesen wirksam ist.C cal is an arbitrary calibration constant to which all necessary, but not required for the description of the method constants are summarized. Because of the different weighting of the look pixels in the summation to the multi-look pixel, a normalization of the sum by the denominator in equation (4) is required. Here, W I, S [k] is a factor for look k defined in equation (5), which describes the ratio of the intensity of a look pixel before and after the spectral LNPC weighting and the weighting for sidelobe suppression. The integral over the look bandwidth B L is centered around f c, k , and includes the weighting of the intensity through the azimuth antenna pattern, which is effective over the bandwidth of the look k on it.
Ω-Weighting-VarianteΩ Weighting variant
Der Name Ω-Weighting soll verdeutlichen, dass diese Gewichtung die letzte ist, die auf die einzelnen Looks angewendet wird, und zwar erst im Look-Bildbereich. Wie in
Beim Ω-Weighting erfolgt die Multi-Look-Summation der Intensitäten der einzelnen Look-Pixel Ip,k,FPC wie in Gleichung (7) beschrieben unterschiedlich für jedes Pixel p über die Looks k. Die Bestimmung der einzelnen Gewichte Ωp,k erfolgt abhängig vom SNR der einzelnen Look-Pixel und wird weiter unten beschrieben.In Ω weighting, the multi-look summation of the intensities of the individual look pixels I p, k, FPC is done differently for each pixel p over the looks k as described in equation (7). The determination of the individual weights Ω p, k is dependent on the SNR of the individual look pixels and will be described below.
WI,S,FPC[k] ist der in Gleichung (8) definierte Faktor für Look k, der das Verhältnis der Intensität eines Look-Pixels vor und nach der spektralen vollständigen Korrektur des Antennendiagramms und der Gewichtung zur Nebenzipfelunterdrückung beschreibt.W I, S, FPC [k] is the factor for look k defined in equation (8), which describes the ratio of the intensity of a look pixel before and after the complete spectral correction of the antenna pattern and the weighting for sidelobe suppression.
Bestimmung der Gewichte Ωp,k Determination of the weights Ω p, k
Die Zielsetzung bei der Optimierung der Gewichte ist es, ein Multi-Look-Bild unter Einbeziehung von Looks mit schlechtem SNR zu generieren,
- i) dass gegenüber einer konventionellen SAR-Verarbeitung eine verbesserte radiometrische Auflösung zeigt und
- ii) bei dem sich der Bildkontrast durch die Erhöhung des thermischen Rauschens nicht verschlechtert bzw. sogar verbessert.
- i) that shows improved radiometric resolution compared to conventional SAR processing, and
- ii) in which the image contrast does not deteriorate or even improve by the increase of the thermal noise.
Eine einfache Lösung wäre, das Gewicht Ωp,k direkt vom gemessenen SNR des Pixels p im Look k, also direkt von S ~NRp,FPC[k] abzuleiten. Die Tilde zeigt einen Messwert an. Der Nachteil dabei ist, dass Look-Pixel mit großer gemessener Intensität immer stark gewichtet und Pixel niedriger Intensität immer schwach gewichtet werden, was die vom Speckle induzierten Intensitätsschwankungen verstärkt, also das Speckle erhöht. Diese Lösung scheidet daher aus.A simple solution would be to derive the weight Ω p, k directly from the measured SNR of the pixel p in the look k, ie directly from S ~ NR p, FPC [k]. The tilde displays a reading. The downside of this is that look pixels with large measured intensity are always heavily weighted and pixels low intensity are always weighted weakly, which increases the speckle-induced intensity fluctuations, ie increases the speckle. This solution is therefore eliminated.
Zur Einschränkung des Einflusses von Speckle auf die Gewichte wird beim Ω-Weighting die Information aller Looks eines Bildpixels verwendet. Wie im prinzipiellen Blockschaltbild von
Für Ω-Weighting ist das thermische Rauschen für Gebiete mit niedrigem Rückstreuquerschnitt (engl.: Backscatter) reduziert, d. h. genau in den Gebieten, in denen das thermische Rauschen am meisten stört. Für höheren Rückstreuquerschnitt ist mehr Rauschen toleriert, da damit die Anzahl der Looks und letztendlich die radiometrische Auflösung verbessert ist.For Ω weighting, the thermal noise is reduced for areas with low backscatter, ie. H. exactly in the areas where the thermal noise disturbs the most. Higher backscatter cross-section tolerates more noise because it improves the number of looks and ultimately the radiometric resolution.
Ohne Verlust der Allgemeinheit wird jeweils eine Möglichkeit für die Definition der Klassen, für die Optimierung der Gewichte der Klassen und für die Zuordnung des SNR-Verlaufs eines Pixels über den Looks zu einer Klasse im Ausführungsbeispiel unten gezeigt.Without loss of generality, one possibility for defining the classes, for optimizing the weights of the classes, and for assigning the SNR profile of a pixel over the looks to a class in the exemplary embodiment is shown below.
Zusammenfassend lassen sich die erfindungswesentlichen Aspekte wie folgt beschreiben.In summary, the aspects essential to the invention can be described as follows.
Der Wrapped-Staring-Spotlight-Aufnahmemodus dehnt bei einem bestehenden SAR-System mit phasengesteuerter Gruppenantenne sowie einem Abstand der durch Anregungskoeffizienten ansprechbaren Einzelantennen größer als die halbe Wellenlänge und On-board gespeicherten Anregungskoeffizienten zur Antennensteuerung in Azimut den Schwenkwinkelbereich gegenüber dem herkömmlichen Staring-Spotlight Aufnahmemodus wesentlich aus. Dies geschieht durch eine zusätzliche Ausnutzung von Hauptmaxima, welche sich neben dem Hauptmaximum in der eigentlich eingestellten Hauptmaximum-Richtung ausbilden, und zwar ohne zusätzlichen On-board-Speicherplatz-Bedarf und ohne eine Verschlechterung der Quantisierung der Steuerwinkel. Diverging PRF-Setting während der Daten-Akquisition unterstützt die Auswahl der gewünschten Signalanteile bzw. die Unterdrückung der unerwünschten Signal-Anteile, was durch eine zeitabhängige Bandpass-Filterung erfolgt. Der Mehrwert für Punktziele ist die mit der Ausdehnung des Schwenkwinkelbereichs einhergehende Verbesserung der geometrischen Auflösung. Der Mehrwert für Flächenziele und gemischte Bildinhalte ist eine verbesserte radiometrische Auflösung und ein verbesserter Kontrast in Multi-Look-Bildern.In an existing SAR system with phased array antenna and a distance of excitation coefficient responsive single antennas greater than half the wavelength and on-board stored excitation coefficients for azimuth antenna control, the wrapped-spotlight spotlighting mode will extend the pan angle range over the conventional staring spotlight recording mode essential. This is done by an additional utilization of main maxima, which form next to the main maximum in the actually set main maximum direction, without additional on-board storage space requirement and without a deterioration of the quantization of the control angle. Diverging PRF setting during data acquisition supports the selection of the desired signal components or the suppression of unwanted signal components, which is achieved by time-dependent band-pass filtering. The added value for dot targets is the improvement in geometric resolution associated with the expansion of the pan angle range. The added value for area targets and mixed image content is improved radiometric resolution and improved contrast in multi-look images.
Der Kern der Wrapped-Staring-Spotlight-Methode kann auch für andere SAR-Moden, wie zum Beispiel Bi-directional SAR oder Forward/Backward-Looking SAR eingesetzt werden, d. h. es können bei bestehenden SAR-Systemen Azimut-Blickrichtungen ausgewertet werden, die nicht im ursprünglich ausgelegten Bereich der Steuerwinkel liegen.The core of the Wrapped Staring Spotlight method can also be used for other SAR modes, such as bi-directional SAR or forward / backward-looking SAR, ie existing ones can be used SAR systems azimuth viewing directions are evaluated, which are not in the originally designed range of control angles.
Die Variante der LNPC – Look Normalisierte Antennendiagramm-Korrektur (engl.: Look Normalized Pattern Correction) verbessert bei der Bildung der synthetischen Apertur unter Einbeziehung von Steuerwinkelbereichen mit schlechtem SNR die resultierenden Multi-Look-SAR-Bilder bezüglich der Qualitätsparameter ”Kontrast” und ”radiometrische Auflösung” gegenüber einer konventionellen, dem Stand der Technik entsprechenden SAR-Verarbeitung durch eine neuartige vom SNR der einzelnen Looks abhängige, gewichtete Multi-Look-Prozessierung. Bei LNPC erfolgt eine über die Pixelpositionen konstante und damit ortsunabhängige Gewichtung der einzelnen Look-Bilder.The LNPC-Look Normalized Pattern Correction option improves the resulting multi-look SAR images with respect to the "contrast" and "quality" quality parameters in the formation of the synthetic aperture, including control angle ranges with poor SNR. radiometric resolution "over conventional state-of-the-art SAR processing through a novel one-shot SNR-based weighted multi-look processing. With LNPC, a weighting of the individual look images is constant over the pixel positions and thus independent of location.
LNPC kann auch für andere SAR-Moden mit ortsvariantem SNR in Azimutrichtung angewendet werden, wie zum Beispiel ScanSAR, TOPSAR, Staring Spotlight und Sliding Spotlight.LNPC can also be used for other SAR modes with azimuthal location-varying SNR, such as ScanSAR, TOPSAR, Staring Spotlight, and Sliding Spotlight.
Die Ω-Gewichtung (engl.: Ω-Weighting) verbessert bei der Bildung der synthetischen Apertur unter Einbeziehung von Steuerwinkelbereichen mit schlechtem SNR die resultierenden Multi-Look-SAR-Bilder bezüglich der Qualitätsparameter ”Kontrast” und ”radiometrische Auflösung” gegenüber einer konventionellen dem Stand der Technik entsprechenden SAR-Verarbeitung durch eine neuartige vom SNR der einzelnen Looks abhängige gewichtete Multi-Look-Prozessierung. Bei der Ω-Gewichtung erfolgt eine vom Ort der Pixel abhängige und damit Ortsvariante Gewichtung der Look-Bilder.The Ω weighting improves the resulting multi-look SAR images with respect to the quality parameters "contrast" and "radiometric resolution" in comparison to a conventional one in the formation of the synthetic aperture including control angle ranges with poor SNR State of the art SAR processing by a novel SNR of the individual looks dependent weighted multi-look processing. With the Ω weighting, the weighting of the look images is dependent on the location of the pixels and thus on the location.
Die Ω-Gewichtung kann auch für andere SAR-Moden mit ortsvariantem SNR in Azimutrichtung angewendet werden, wie zum Beispiel ScanSAR, TOPSAR, Staring Spotlight und Sliding Spotlight.The Ω weighting can also be applied to other SAR modes with azimuthal location-variant SNR, such as ScanSAR, TOPSAR, Staring Spotlight, and Sliding Spotlight.
Wie oben beschrieben, wurden mit dem TerraSAR-X System zwei Akquisitionen im Wrapped-Starring-Spotlight-Aufnahmemodus durchgeführt. Die dabei über der Akquisitionszeit kommandierten Winkel für die links in
Die Ausdehnung der Wrapped-Staring-Spotlight Bilder in
Punktzielepoint targets
Die Impulsantwort auf das Punktziel im rechten Ausschnitt von
Die Prozessierung wurde ohne Korrektur des Antennendiagramms in Azimut durchgeführt. Dadurch bleibt die Gewichtung des Element-Antennendiagramms bei der Rohdatenaufzeichnung erhalten. Diese Gewichtung wird im Folgenden mit EPW (engl.: Element Pattern Weighting) bezeichnet. Mit zunehmender Bandbreite verändert sich diese Gewichtung von einer Ähnlichkeit zur Rechteckgewichtung hin zu einer Gewichtung mit starker Unterdrückung der Nebenzipfel. Dies zeigt sich in
Die geometrische Auflösung links in
Zum Vergleich ist auch die simulierte geometrische Auflösung für eine Rechteck-Gewichtung (rect), also für eine vollständige Korrektur des Azimut-Antennendiagramms, angegeben.For comparison, the simulated geometric resolution for a rectangle weighting (rect), ie for a complete correction of the azimuth antenna diagram, is given.
Flächenziele und gemischter BildinhaltArea targets and mixed image content
Um eine Verbesserung der Bildqualität für Flächenziele und für Bildteile mit gemischten Zielgebieten nachzuweisen, wurden über der ganzen Bandbreite der Wrapped-Staring-Spotlight-Aufnahme in
Die Diagramme (b) der
Sowohl LNPC- als auch das Ω-Weighting-Multilooking erzeugen eine gleiche Form der Impulsantworten auf ein Punktziel in allen Looks. D. h. die Signalspektren eines Punktziels sind gleich gewichtet. In
Aus
Die Einstellung der einzelnen Gewichte des Ω-Weightings erfolgte in diesem Ausführungsbeispiel wie folgt.
- i) Das SNR wird in jedem Look für jeden Pixel gemessen. Um den Einfluss des Speckle zu verringern, wird dabei eine gleitende Mittelwertbildung unter Einbeziehung der acht benachbarten Pixel angewendet.
- ii) Für den zentralen Look wird ein Histogramm erstellt und M Klassen werden so definiert, dass jede Klasse m in etwa gleich viele SNR-Werte enthält.
- iii) Die SNR-Werte der anderen Looks werden ausgehend vom SNR-Wert des zentralen Looks mit Hilfe des Azimut-Antennendiagramms ergänzt.
- iv) Die Optimierung wird für jede Klasse durchgeführt, so wie oben beschrieben. Es wird also für ein vorgegebenes gewünschtes minimales SNR eines Pixels des Multi-Look-Bildes SNRML,min eine Optimierung der Ω-Gewichte Ωm[k] der einzelnen Looks k so durchgeführt, dass eine öglichst gute radiometrische Auflösung erzielt wird.
- v) An jeder Pixelposition wird dem Verlauf der SNR-Werte (ohne gleitende Mittelwertbildung) über den einzelnen Looks eine Klasse zugeordnet. Dies erfolgt über den minimalen Gesamtabstand zwischen dem Verlauf der gemessenen SNR-Werte und der SNR-Werte der Klassen.
- vi) Die für die Klasse optimierten Ω-Gewichte werden in der Multi-Look-Summation für die jeweilige Pixelposition laut Gleichung (7) verwendet.
- i) The SNR is measured in each look for each pixel. In order to reduce the influence of speckle, a moving averaging with the eight neighboring pixels is used.
- ii) A histogram is created for the central look and M classes are defined so that each class m contains approximately equal numbers of SNR values.
- iii) The SNR values of the other looks are supplemented from the SNR value of the central look using the azimuth antenna diagram.
- iv) Optimization is performed for each class as described above. Thus, for a given desired minimum SNR of a pixel of the multi-look image SNR ML, min an optimization of the Ω weights Ω m [k] of the individual looks k is performed in such a way that the best possible radiometric resolution is achieved.
- v) At each pixel location, a class is assigned to the history of SNR values (without moving averaging) across each look. This is done via the minimum total distance between the course of the measured SNR values and the SNR values of the classes.
- vi) The Ω weights optimized for the class are used in the multi-look summation for the respective pixel position according to equation (7).
Vergleich der Bildergebnisse für das ganze Teilbild, Flächenziele und gemischten BildinhaltComparison of the image results for the entire drawing file, surface targets and mixed image content
Tabelle 2 fasst überblicksmäßig das für das jeweilige Multilook-Bild in
Ganze TeilbilderWhole fields
Das Bild 3LFPC enthält wenig Rauschen da nur die inneren 3 Looks mit gutem SNR verwendet wurden, dafür aber ein hohes Speckle, was sich am ENL-Wert von ca. 2 für die Flächenziele zeigt. Obwohl für 9LLNPC ein festes niedriges Gewicht für die äußeren Looks angewendet wird, ist das ENL zu einem Wert von 4 verbessert. Allerdings ist das Rauschen aufgrund der äußeren Looks erhöht, was im Bild durch den Grauschleier sichtbar ist, der beim Vergleich mit 3LFPC zu erkennen ist. Ein weiterer Indikator für das erhöhte thermische Rauschen ist die Verminderung des Kontrasts von 56,5 auf 48,3. Die Verbesserung in Bezug auf Speckle zeigt sich an den verbesserten ENL-Werten. Der Bildkontrast ist verbessert auf 57,1 für Ω-Weighting bei einem gewünschten minimalen Multilook-SNR von SNRML,min = 3 dB.The image 3L FPC contains little noise because only the inner 3 looks with good SNR were used, but a high speckle, which is reflected in the ENL value of about 2 for the surface targets. Although a fixed low weight is used for the outer looks for 9L LNPC , the ENL is improved to a value of 4. However, the noise is increased due to the outer looks, which is visible in the image by the gray haze, which can be seen in the comparison with 3L FPC . Another indicator of the increased thermal noise is the reduction of the contrast from 56.5 to 48.3. The improvement in terms of speckle is reflected in the improved ENL values. Image contrast is improved to 57.1 for Ω weighting at a desired minimum multilook SNR of SNR ML, min = 3 dB.
Flächenzielearea targets
Die Verbesserung des ENL ist für die drei Flächenziele A, B, und C in
Gemischter BildinhaltMixed image content
Die Verbesserung in Speckle und Rauschen wird auch in der Szenerie von Flächenzielen und Fahrwegen des Zielgebiets E deutlich. In 3LFPC ist die Detektierbarkeit der Wege eingeschränkt durch das hohe Speckle und in 9LLNPC durch das hohe Rauschen. Die beste Detektierbarkeit für diese Szenerie wird mit 9LΩ,3dB erreicht, also mit Ω-Weighting und einem hohen gewünschten SNR im Multi-Look-Bild. Das verminderte Speckle ist offensichtlich und der gemessene Kontrast ist ähnlich zu 3LFPC.The improvement in speckle and noise is also evident in the scenery of area targets and driveways of the target area E. In 3L FPC the detectability of the paths is limited by the high speckle and in 9L LNPC by the high noise. The best detectability for this scene is achieved with 9L Ω, 3 dB, ie with Ω-weighting and a high SNR required in multi-look image. The diminished speckle is obvious and the measured contrast is similar to 3L FPC .
Künstliche Objekte wie Gebäude erzeugen starke Rückstreuung, z. B. an Kanten oder an Flächen die senkrecht zur Richtung des Radars stehen, und extrem niedrige Rückstreuung in abgeschatteten Gebieten. Dies führt zu einem hohen Bildkontrast. Hohes Rauschen bei niedriger Rückstreuung reduziert den Bildkontrast und so die Möglichkeiten zur Detektion und Klassifizierung für urbane Gebiete. Tabelle 2 gibt den gemessenen Kontrast für das Zielgebiet D mit Gebäuden und das Zielgebiet F in
Bestehende SAR-Systeme können durch den Wrapped-Staring-Spotlight-Modus im Schwenkwinkelbereich und damit in der geometrischen Auflösung in Azimut verbessert werden. Beispiele für aktuell im Betrieb befindliche Systeme sind das TerraSAR-X System, das kanadische Radarsat-System, das japanische ALOS 2/PalSAR 2-System oder das italienische Cosmo-Skymed-System. Das kurz vor dem Launch stehende spanische PAZ-System ist auch ein potentielles System, das durch Wrapped-Staring-Spotlight verbessert werden kann. Alle künftigen SAR-Systeme mit Phased Array-Antennen werden vom Wrapped-Staring-Spotlight-Modus profitieren. Auch flugzeuggetragene SAR-Systeme mit in Azimutrichtung steuerbarer, phasengesteuerter Gruppenantenne können durch den Wrapped-Staring-Spotlight-Modus nachträglich verbessert werden in Bezug auf geometrische und/oder radiometrische Auflösung. Der Kern der Wrapped-Staring-Spotlight-Methode kann auch für andere SAR-Moden, wie zum Beispiel Bi-directional SAR oder Forward/Backward-Looking SAR eingesetzt werden, d. h. es können bei bestehenden SAR-Systemen Azimut-Blickrichtungen ausgewertet werden, die nicht im ursprünglich ausgelegten Bereich der Steuerwinkel liegen. Auch der TOPSAR-Modus kann durch eine Ausdehnung des Schwenkwinkelbereichs erweitert werden. Ein Beispiel für ein solches System ist Sentinel-1.Existing SAR systems can be improved by the Wrapped Staring Spotlight mode in the swivel angle range and thus in the geometric resolution in azimuth. Examples of systems currently in operation are the TerraSAR-X system, the Canadian Radarsat system, the
Die Bildqualität kann bei SAR-Akquisitionen mit in Teilen der synthetischen Apertur schlechtem SNR wesentlich verbessert werden durch LNPC oder Ω-Weighting. Beide Methoden können von Anfang an oder nachträglich in SAR-Prozessoren eingebaut werden und ermöglichen eine Verbesserung von Multi-Look-SAR-Bildern bezüglich der Qualitätsparameter Kontrast und radiometrische Auflösung. Beispiele sind wieder die beim Wrapped-Staring-Spotlight-Modus oben genannten SAR-Systeme.Image quality can be significantly improved by LNPC or Ω weighting in SAR acquisitions with parts of the synthetic aperture of poor SNR. Both methods can be incorporated into SAR processors from the beginning or later, and allow for the enhancement of multi-look SAR images in terms of contrast and radiometric resolution quality parameters. Examples are once again the Wrapped Staring Spotlight mode SAR systems mentioned above.
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- [3] J. Mittermayer, A. Moreira and O. Loffeld, ”Spotlight SAR Data Processing Using the Frequency Scaling Algorithm”, IEEE Trans. an Geosc. Remote Sens., vol. 37, no. 5, pp. 2198–2214, September, 1999.[3] J. Mittermayer, A. Moreira and O. Loffeld, "Spotlight SAR Data Processing Using the Frequency Scaling Algorithm," IEEE Trans. To Geosc. Remote Sens., Vol. 37, no. 5, pp. 2198-2214, September, 1999.
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