نمونه پایاننامه برق- مخابرات

نمونه پایاننامه برق- مخابرات

طراحی و شبیه سازی گیرنده‌ی رادار دهانه ترکیبی برای پهپاد

فهرست مطالب

فهرست شكل‌ها ت‌
فهرست علايم و نشانه‌ها خ‌

فصل1- مقدمه 1

1-1- پیشگفتار 1
1-2- تاریخچه 4
1-3- انواع SAR 5
1-3-1- Strip-Map SAR 5
1-3-2- Spot SAR 5
1-3-3- Scan SAR 8
1-4- مروری بر کارهای آموزش انجام شده 10
1-5- هدف از آموزش انجام تحقیق 11
1-6- نوآوری تحقیق 12
1-7- ساختار تحقیق 12

فصل2- مدل و روابط طراحی 13

2-1- تفکیک‌پذیری در راستای برد 14
2-2- پالس مدوله شده با سیگنال LFM 16
2-3- تفکیک‌پذیری در راستای زاویه سمت 19
2-4- مقایسه آرایه‌های واقعی با آرایه‌های مصنوعی 23
2-5- هندسه دید از کنار برای رادار دهانه ترکیبی 25
2-6- ویژگی‌های سیگنال SAR 28
2-7- طیف سیگنال 30
2-8- معیار انتخاب فرکانس تکرار پالس 36
2-9- معادله رادار در SAR 37

فصل3- الگوریتم های تشکیل تصویر 41

3-1- الگوریتم RDA 42
3-2- الگوریتم CSA 47
3-2-1- شرحCS 49
3-2-2- بکارگیری CS در RCMC 53
3-3- جبران سازی‌حرکت 56

فصل4- طراحی سیستمی رادار دهانه ترکیبی 59

4-1- مدولاسیون موج پیوسته‌ی LFM 60
4-2- الگوریتم پیشنهادی برای جبران‌سازی حرکت 61
4-2-1- استفاده از مسیر تقریب خطی در جبران‌سازی مسیر حرکت حامل 65
4-3- نیازمندی‌های طراحی 66
4-4- باند فرکانسی 68
4-5- فرستنده و گیرنده 71
4-5-1- فیلتر های گیرنده 72

4-5-2- نمونه برداری 76
4-5-3- سیگنال به نویز گیرنده 79
4-5-4- حساسیت گیرنده 81
4-6- بلوک دیاگرام سیستمی 82
4-7- واحد STC 85
4-8- حجم حافظه‌ی مورد نیاز 86
4-9- پردازش سیگنال 87

فصل5- شبیه سازی و نتایج 89

5-1- شبیه سازی و نتایج الگوریتم RDA برای سه هدف نقطه‌ای 89
5-2- مدل اهداف 97
5-3- استخراج تصویر در محیط نویزی 98
5-4- شبیه سازی الگوریتم پیشنهادی برای جبرانسازی خطای حرکت 101
5-5- مسیر دو پاره خطی 103
5-5-1- مسیر چند پاره خطی 105
5-5-2- مسیرسینوسی 107

فصل6- نتیجه گیری 115

6-1- پیشنهادات 116
فهرست مراجع 119
واژه نامه‌ی انگليسي به فارسي 123
واژه نامه‌ی فارسي به انگليسي 125

فهرست شكل‌ها

شکل ‏1-1- تصویر اپتیکی (تصویرسمت چپ)و تصویر تهیه شده توسط SAR(تصویر سمت راست) از یک مکان 1
شکل ‏1-2- رابطه بین حد تفکیک پذیری در سمت با پهنای پرتو آنتن 3
شکل ‏1-3- Strip-Map SAR 6
شکل ‏1-4- Spot SAR 7
شکل ‏1-5- بیشترین زمان پرتو افکنی(مشاهده) در مد strip-map SAR 7
شکل ‏1-6- Scan SAR 8
شکل ‏1-7- نمایش مسیر مرور آنتن 9

شکل ‏2-1- نمایش تفکیک پذیری سلولی 13
شکل ‏2-2- تفکیک‌پذیری برد 14
شکل ‏2-3- ایده اصلی فشرده سازی پالس در فرستنده 16
شکل ‏2-4- (a) پالس LFM در حوزه زمان (b) پالس LFM در حوزه زمان فرکانس 17
شکل ‏2-5- بلوک دیاگرام سیستم PLFM 17
شکل ‏2-6- پردازش سیگنال LFM بر اساس DFT 18
شکل ‏2-7- نمایش فاصله رادار از یک پراکنده‌ساز خاص در هندسه دید از کنار 21

شکل ‏2-8- نمودار داپلری برای یک پراکنده‌ساز 22
شکل ‏2-9- هندسه‌ی آرایه های واقعی یا مصنوعی 24
شکل ‏2-10- الگوی تشعشعی برای آنتن روزنه واقعی و مصنوعی 25
شکل ‏2-11- بررسی دید از کنار و دید عمودی 26
شکل ‏2-12- هندسه دید از کنار SAR 27
شکل ‏2-13- هندسه دید از کنار با وجود زاویه لوچی 28
شکل ‏2-14- تاثیر الگوی تشعشی آنتن در سیگنال دریافتی 30

شکل ‏2-15- نمایش فاصله رادار از یک پراکنده‌ساز خاص بر حسب زمان 34
شکل ‏3-1- گام‌های پیاده سازی الگوریتم RDA[6] 44
شکل ‏3-2- گسترش IRW بر حسب زاویه لوچی در حالت پیاده سازی SRC و عدم پیاده سازی [6] 48
شکل ‏3-3- گام‌های پیاده سازی الگوریتم CSA[6] 50
شکل ‏3-4- تاثیر تابع اسکیل با فرکانس ثابت بر روی LFM[6] 51
شکل ‏3-5- عملکردتابع اسکیل با فرکانس خطی بر روی LFM[6] 52
شکل ‏3-6- مفهوم RCMC تفاضلی و فله‌ای [6] 54
شکل ‏3-7- نمایش RCMC در فضای برد-داپلر [6] 55
شکل ‏3-8- حرکت غیر ایده‌ال سکو 56

شکل ‏4-1- نمایش ساده ای از طیف داده‌های سطری SAR 62
شکل ‏4-2- a -مسیر واقعی حرکت یک UAV تصویر b- مسیر تخمین زده شده با دوازده پاره خط[10] 66
شکل ‏4-3- بلوک دیاگرام پیشنهادی برای جبرانسازی حرکت سکو 67
شکل ‏4-4- منحنی‌های گاما برای عوارض مختلف برحسب فرکانس [1] 68
شکل ‏4-5- نمایش رفتار عمومی ضریب انعکاس سطح با تغییر زاویه‌ی میل [1] 69
شکل ‏4-6- ضریب انعکاس سطح برحسب زاویه‌ی گریزینگ در چند باند فرکانسی مختلف [1] 69
شکل ‏4-7- بلوک دیاگرام فرستنده و گیرنده FM-CW 72
شکل ‏4-8- قسمت حقیقی سیگنال چیرپ 75
شکل ‏4-9- قسمت موهومی سیگنال چیرپ 75

شکل ‏4-10- طیفنگاشت پالس ارسالی در زمان دو PRF 75
شکل ‏4-11- طیف سیگنال میانگذر بعد از نمونه برداری با نرخ 77
شکل ‏4-12- پاسخ فرکانسی فیلتر دیجیتال 78
شکل ‏4-13- برحسب برد 79
شکل ‏4-14- الگوی تشعشی آنتن بر حسب زاویه گرزینگ 80
شکل ‏4-15- ضریب انعکاس سطح برای باند X 80
شکل ‏4-16- توان دریافتی در برد مطلوب 82
شکل ‏4-17- بلوک دیاگرام سیستمی 84
شکل ‏4-18- بهره‌ی STC بر حسب برد 85
شکل ‏4-19- بلوک دیاگرام پردازش سیگنال 87

شکل ‏5-1- بلوک دیاگرام پردازش سیگنال 91
شکل ‏5-2- سیکنال فشرده شده در برد 91
شکل ‏5-3- نمایش داده‌های فشرده شده در برد برای سه هدف نقطه‌ای 92
شکل ‏5-4- کانتور داده‌های فشرده شده در برد برای سه هدف نقطه‌ای 92
شکل ‏5-5- سیگنالهای دریافتی از هدف سه نقطه‌ای در حوزه‌ی برد داپلر 93
شکل ‏5-6- کانتور داده‌های حوزه‌ی برد-داپلر برای سه هدف نقطه‌ای 94
شکل ‏5-7- طیف داپلر سیگنال دریافت شده از هدف A بعد از RCMC 94
شکل ‏5-8- نتیجه حاصل از RCMC در حوزه‌ی برد -داپلر 95
شکل ‏5-9- کانتور داده‌ها در حوزه‌ی برد –داپلر بعد از RCMC 95

شکل ‏5-10- نتیجه حاصل از فشرده سازی در سمت 96
شکل ‏5-11- کانتور داده‌های فشرده شده در برد و سمت 97
شکل ‏5-12- RCS مدل شده برای هواپیما 98
شکل ‏5-13- سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده که در برد فشرده شده است 99
شکل ‏5-14-کانتور سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده که در برد فشرده شده است 99
شکل ‏5-15- سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده در حوزه‌ی برد –داپلر قبل از RCMC 100
شکل ‏5-16- سیگنال‌های دریافتی از هواپیمای مدل شده در حوزه‌ی برد –داپلر بعد از RCMC 100
شکل ‏5-17- استخراج تصویر هواپیما 101
شکل ‏5-18- شیفت داپلر سیگنال در مسیر غیر ایده‌ال خطی 102

شکل ‏5-19- سناریوی مسیر دو پاره‌خطی 103
شکل ‏5-20- طیف داپلر سیگنال دریافت شده a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده 104
شکل ‏5-21- سیگنال فشرده شده در سمت a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده 104
شکل ‏5-22- نمایش سیگنال جبران شده در مسیر دو پاره خطی در محدوده‌ی کوچکتر 105
شکل ‏5-23- سناریوی مسیر چند پاره خطی 105
شکل ‏5-24- طیف داپلر سیگنال دریافت شده a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده 106
شکل ‏5-25- سیگنال فشرده شده در سمت a) سیگنال جبران نشده b) سیگنال جبران شده 106
شکل ‏5-26- نمایش سیگنال جبران شده در مسیر چند پاره خطی در محدوده‌ی کوچکتر 107
شکل ‏5-27- سناریوی مسیر سینوسی 107

شکل ‏5-28- طیف داپلر سیگنال دریافت شده a) سیگنال دریافت شده درمسیر سینوسی b) سیگنال دریافت شده در 108
شکل ‏5-29- سیگنال فشرده شده در سمت بدون جبران سازی 109
شکل ‏5-30- سیگنال فشرده شده در سمت جبرانسازی شده با هفت پاره خط 109
شکل ‏5-31- مسیر تقریب زده شده سینوسی با هفت پاره خط 110
شکل ‏5-32- سیگنال بکار رفته برای جبرانسازی مسیر سینوسی( تقریب با هفت پاره خط) 110
شکل ‏5-33- طیف داپلر سیگنال جبران شده با چهل پاره خط 111

شکل ‏5-34- سیگنال فشرده شده در سمت ، جبران شده با چهل پاره خط 111
شکل ‏5-35- سیگنال فشرده شده در سمت ، جبران شده با چهل پاره خط، نمایش داده شده در محدوده‌ی کوچکتر 112
شکل ‏5-36- تصویر تشکیل شده از سه هدف نقطه‌ای بعد از جبرانسازی مسیر سینوسی 112
شکل ‏5-37- نمایش سیگنال فشرده شده a) سیگنال فشرده شده با مسیر ایده‌ال b) سیگنال فشرده شده‌ی 113

فهرست جدول‌ها

جدول ‏2 1- خواص سیگنال در حوزه زمان [6] 35
جدول ‏2 2- خواص سیگنال در حوزه برد-داپلر[6] 35
جدول ‏2 3- خواص سیگنال در حوزه فرکانس [6] 36
جدول ‏4 1- ضرایب فیلتر دیجیتال شاخه‌های I و Q 78

فهرست علايم و نشانه‌ها

عنوان علامت اختصاري

CS Chirp Scaling
CSA Chirp Scaling Algorithm
DDS Direct Digital Synthesizer
GPS Global Positioning System
INS Inertial Navigation System
LFM Linear Frequency Modulation
LOS Line Of Sight
PGD Phase Gradient Algorithm
PLFM Pulsed Linear Frequency Modulation
POSP Principle Of Stationary Phase

PRF Pulse Repetition Frequency
QPE Quadratic Phase Error
RCM Range Curvature Motion
RCS Radar Cross Section
RCMC Range Curvature Motion Compensation
RD Range Doppler
RDA Range Doppler algorithm
SAR Synthetic Aperture Radar
SOS Second–Order Sections
SRC Secondary Range Compression
STC Sensitive Time Control

Algorithm

 

فهرست مراجع‌

[1] M. Skolnik, “Introduction to Radar Systems”, 4nd Ed., Mc Graw Hill, New York, 2001
[2] B. R. Mahafza, “Radar Systems Analysis And Design Using MATLAB”, 2nd Ed., Boca Raton, Chapman & Hall/CRC, 2005.
[3] P. Lacomme, J. P. Hardange, J.Claude Marchais, Eric Normant “Air and Spaceborne Radar Systems:An Introduction”, William Andrew, 2001
[4] W. G. Carrara, R. M. Majewski, R. S. Goodman, “Spotlight Synthetic Aperture Radar: Signal Processing Algorithms”, Artech House Remote Sensing Library, 1995

[5] Bu Ching Wang, ” Digital Signal Processing Techniques and Application in Radar Image Processing”, Wiley , 2008
[6] I. G. Cumming and F. H. Wong, Digital Processing Of Synthetic Aperture Radar
Data: Algorithms and Implementation, Artech House, 2005.
[7] M. Skolnik, “Radar Handbook”, 3nd ed., McGraw Hill, New York, 2008
[8] John C. Curlander, and Robert N. McDonough, Synthetic Aperture Radar Systems and Signal Processing. John Wiley & sons 1991.

[9] D. P. Duncan, “Motion compensation of interferometric synthetic aperture radar data,” Thesis, Brigham Young University, August 2004. 2
[10] E. C. Zaugg, D. L. Hudson, and D. G. Long, “The BYUΜSAR: A Small, Student-Built SAR for UAV Operation” Inproc. Int. Geosci. Remote Sens. Symp., 2006.
[11] A. Meta, J. J. M. de Wit, P. Hoogeboom, “Development of a high resolution airborne millimeter wave FM-CW SAR”, InProc. 1st EURAD, 2004.
[12] R. Wang, O. Loffeld, H. Nies, S. Knedlik, M. Hägelen, and H. Essen, “Focus FMCW SAR data using Wavenumber Domain Algorithm,” IEEE Trans. on Geosci. Remote Sens., vol. 48, No. 4, pp. 2109-2118, April 2010.

[13] M. Edrich, “Design Overview and Flight Test Results of the Miniaturized SAR Sensor MISAR”, InProc. 1st EURAD, 2004.
[14] P. Almorox-Gonzlez, J. T. Gonzlez-Partida, M. Burgos-Garca, B. P Dorta-Naranjo, C. de la Morena-Alvarez-Palencia, and L. Arche-Andradas, “Portable High Resolution LFM-CW Radar Sensor in Millimeter-Wave Band”, InProc. Sensorcomm, 2007.
[15] L. Harris, “ImSAR and in Situ Introduce The One-Pound Nanosar(TM),
Miniature Synthetic Aperture Radar”, ImSAR Micro Miniature Synthetic
Aperture Radar, 2006.
[16] Evan C. Zaugg ,”Theory and Application of Motion Compensation for LFM-CW SAR Approach With Integrated Motion Compensation”, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., pp. 1029-1040, 2008.

[17] G. Fornaro, G. Franceschetti, and S. Perna.“Trajectory deviations in airborne SAR: Analysis and compensation“. IEEE Trans. Aerosp. and Electron. Syst., vol.35, no.7, pp.997-1009, July 1999.
[18] A. Moreira, and Y. H. Huang,“Airborne SAR processing of highly squinted data
using a chirp scaling approach with integrated motion compensation,” IEEE Trans. On Geosci. Remote Sens., vol.32, no.5, pp.1029—1040, Sep. 1994.
[19] R.Wang, O. Loffeld, H. Nies, V. Peters,” Analysis and Compensation for Motion
Errors in FMCW SAR Data”, Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques (FHR), Wachtberg, Germany, 2010.
[20] G. W. Davidson, I. G. Cumming, M. R. Ito. A Chirp Scaling Approach for Processing Squint Mode SAR Data. IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, pp. 121-133, 1996.

[21] Mark A. Richards, “Fundamentals of Radar Signal Processing”, McGraw Hill, New York, 2005
[22] F.Neri, “Introduction to Electronic Defense System”, 2nd Ed., Artech House, Boston, 2001
[23] A. Papoulis, “Systems and Transforms With Applications In Optics”, McGraw Hill, New York, 1968
[24] R. K. Raney, H. Runge, R. Bamler, I. G. Cumming, and F. H. Wong, “Precision SAR Processing Using Chirp Scaling”, IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing, pp. 786-799, July 1994.
[25] A. Meta, P. Hoogeboom, and L. P. Ligthart, “Signal processing for FMCW SAR”, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., Nov. 2007, vol. 45, no. 11, pp. 3519–3532.

[26] كمال محامدپور، “مقدمه‌اي بر پردازش سيگنال‌هاي ديجيتال با استفاده از نرم‌افزار و سخت‌افزار”، دانشگاه تهران ، سال 1388

 

• نمونه پایاننامه