Spotlight synthetic aperture radar (SAR) can offer a high azimuth resolution than that in stripmap SAR because the antenna is properly steered to illuminate the same area during the raw data acquisition time in spotlight SAR. Thus, many researchers have developed the reconstruction algorithms for airborne spotlight SAR imaging. In this dissertation, we study the range migration algorithm (RMA) based on the spherical wave assumption and one interpolation for the spotlight SAR imaging. However, the original RMA is used in the broadside-mode monostatic SAR with the straight-line flight path. Thus, we modify the original RMA to reconstruct the SAR image with high quality in advanced spotlight SAR such as the squint-mode SAR, airborne SAR with motion errors, the bistatic SAR, the forward-looking bistatic SAR, and the airborne SAR with the high altitude.
First, the RMA with the reference signal based on the fixed reference range is difficult to reconstruct the SAR image in squint-mode SAR which is used due to the flexibility of the flight path. Hence, we introduce a modified RMA with a modified reference signal to transform a squint-mode data to a broadside-mode data based on the coordinate transformation and the extended Taylor approximation (ETA). The ETA increases the accuracy of the Taylor approximation using the repetition technique. Then, using the principle of the stationary phase (PSP), we analyze the presented formulation in the frequency domain. Moreover, to compensate the curvature errors induced by the approximation of the proposed method, we extend the proposed method based on the subarea technique. Next, since a motion error is the main phase error source in airborne SAR, we introduce a modified RMA with an efficient motion compensation via the known motion error information. Specifically, the proposed method is based on the subarea technique with shifting and the subaperture technique via the mean values of the motion errors. Then, using the ETA and the PSP, we compensate the small constant error in the azimuth direction at the Stolt interpolation stage and other errors at the mixing stage. Moreover, for flexibility and cost reduction, the bistatic SAR in the parallel tracks configuration where the transmitter and the receiver have equal velocity has been studied. Moreover, to increase the flexibility of the bistatic SAR, the forward-looking bistatic spotlight synthetic aperture radar (FL-BSSAR) which uses the side-looking transmitter and the forward-looking receiver has been studied recently. Thus, to reconstruct the SAR image for bistatic SAR, we introduce a modified RMA based on the conversion of the parallel tracks configuration into the single track configuration using the ETA. Then, for the bistatic spotlight SAR with the single track configuration imaging, we introduce an analytical method based on one stationary point and two stationary points via the estimated data. Also, for the FL-BSSAR imaging, we introduce a modified RMA based on the rotation and the shifting of the receiver path to convert the FL-BSSAR into the side-looking bistatic spotlight SAR (SL-BSSAR). Then, using the resampling of the transmitter path, we compensate the spatial variant case which is the different in the transmitter velocity and receiver velocity. Then, for the SL-BSSAR imaging, we modify the matched filter and Stolt interpolation using the approximated stationary point based on the PSP. Finally, due to safety, the airborne spotlight SAR with the high altitude has been used to obtain the long surveillance. If the airborne spotlight SAR has the long slant range and the high altitude, it generates the phase errors by the curved path and the stop and go assumption. Thus, to compensate the phase error induced by the curved path, we convert the curved path into the straight-line path based on the resampling and the rotation of the transmitted pulse path and the received pulse path. Then, using the PSP, the effect induced by the stop and go assumption is compensated by the modified matched filter and the modified Stolt interpolation.
합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar: SAR)는 전파를 이용하기 때문에 밤 뿐만 아니라 비, 눈 또는 구름 등의 기상조건에 상관없이 고해상도의 영상을 획득할 수 있다. 특히 항공기 탑재형 spotlight SAR는 목표물을 식별하기 위하여 좁은 지역에 대하여 특정 지역에 빔을 집중 조사하여 고해상도 영상을 획득할 수 있기 때문에 많이 이용된다. 따라서 항공기 탑재형 spotlight SAR 영상형성을 위해 많은 영상복원 방법들이 개발이 되었는데, 본 몬문에서는 spherical wave 가정에 의해 고해상도 영상복원이 가능하고, 한방향의 interpolation 과정으로 인해 계산량이 감소하는 range migration algorithm (RMA)에 관해 연구하였다. 하지만 RMA는 직선 경로를 가진 broadside-mode 형태의 monostatic SAR에 적용이 가능하다. 따라서 본 논문에서는 본래의 RMA이 적용되기 어려운 squint-mode SAR, bistatic SAR 등과 같은 진보된 항공기 탑재형 spotlight SAR 영상형성을 위한 RMA에 관해 연구하였다. 첫째, 비행경로의 중심과 표적영역의 중심이 수직이 되지 않는 squint-mode spotlight SAR 영상형성에 있어서는 확장된 테일러 근사화 기법을 제안하여 이를 기반으로 비행경로의 회전과 좌표변환을 이용하여 squint-mode 자료를 broadside-mode 자료로 변환하는 기법을 제안하였다. 둘째, 궤도 이탈 등으로 비행경로가 직선경로가 되지 않는 항공기 탑재형 spotlight SAR의 영상형성을 위해 GPS나 IMU 등으로부터 얻은 요동오차 정보의 평균값으로 aperture의 영역을 나누는 subaperture 기법을 도입하고, 일정한 방위방향의 오차는 주파수 영역의 회전으로 보상하는 방법을 제안하였다. 셋째, 전송기와 수신기가 분리된 형태인 bistatic spotlight SAR (BSSAR)에 대한 영상형성을 위해 비행경로의 이동으로 한개의 경로를 가진 BSSAR의 형태로 변환한 뒤 근사화된 한 개의 stationary point을 유도하여 효율적으로 보상하는 방법을 제안하였으며, 보다 정확한 영상형성을 얻기 위해 3차원의 estimated data를 획득하여 2개의 stationary point들을 이용한 방법을 제시하였다. 넷째, 수신기가 표적영역을 향해 이동하는 forward-looking BSSAR 영상형성을 위해, forward-looking 형태의 수신기 경로를 past signal을 이용하여 side-looking 형태로 변환한 후 발생하는 방위방향으로 일치하는 평행한 경로를 가진 BSSAR 형태는 주파수 영역에서 보상하는 방법을 제안하였다. 마지막으로 원거리 감시를 위한 high-altitude spotlight SAR에서 있어서는 곡선경로로 인한 오차는 linear fitting을 이용하여 직선경로로 만들고, stop and go 가정에 의한 위상 오차는 주파수 영역에서 보상하는 방법을 제안하였다. 또한 실제적 상황과 유사한 시뮬레이터를 개발하여 이를 통해 제안된 방법들의 유용성을 검증하였다.
