ASPECT DEPENDENT EFFICIENT MULTIPATH GHOST SUPPRESSION IN THROUGH THE WALL RADAR WITH COMPRESSIVE SENSING. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF
Abdi_Talib_Abdalla_final_DGS.pdf Download (22MB) | Preview |
Arabic Abstract
شهدت تقنيات التصوير من خلال الجدار في الآونة الأخيرة تطوراً ملموساً بعد التطبيق الناجح لتقنية للاستشعار المضغوط وإعادة بناء الصور ذات الخاصية المتناثرة (sparse). تزود تقنية التصوير الراديوي من خلال الجدار، صور توضيحية مقربة للأهداف المراد تصويرها من خلف جدار ما، وذلك بالاعتماد على الأشعة الكهرومغناطيسية. في تقنية التصوير من خلال الجدار، تتسبب الجدران المحيطة بالأهداف المراد تصويرها بتبعثر وانتشار الأشعة الكهرومغناطيسية ورجوعها إلى الرادار سالكة مسارات متعددة. مما ينتج عن ذاك غموضاً في القياسات وذلك يؤدي إلى ظهور أهداف إضافية في الصورة مع أنها غير موجودة في الحقيقة، هذه الأهداف الغير حقيقية تسمى (أشباح). في الجانب التطبيقي لهذه التقنية، يؤدي ظهور الأشباح في الصور النهائية إلى مزج بين الأهداف الحقيقية وغير الحقيقية، مما يؤدي إلى خطأ في تفسير الصورة خلال عملية الكشف. في هذه الرسالة، يتم قمع الأشباح بناءً على المزايا التي تعتمد على الجانب في التصوير الراديوي وباستخدام بيانات مضغوطة وقليلة الحجم. نقترح إجراء القياس باستخدام اختيار استراتيجي لتحقيق ميزة الاعتماد على الجانب بالإضافة إلى استخدام الاستشعار المضغوط. بعد ذلك يتم الجمع بين الصور التي أعيد بناؤها باستخدام التقنية المقترحة وبكفاءة عالية. في هذا العمل، ليست هناك حاجة لمعرفة الشكل الهندسي للمشهد المراد تصويره خلف الجدار، مما يجعل الطريقة المقترحة أكثر جدوى. تظهر نتائج المحاكاة لهذه الطريقة والبيانات التجريبية فعالية الطريقة المقترحة. بصرف النظر عن استخدام جزء صغير من المعلومات، ليست هناك حاجة لمعرفة الشكل الهندسي مما يجعل الطريقة المقترحة مجدية. أظهرت النتائج المبنية على محاكات برنامج الماتلاب MATLAB والبيانات التجريبية أن نسبة إشارة الهدف إلى نسبة إشارة إلى الفوضى (TSCR) هي 97.3dB أما إشارة الهدف النسبية فهي 23.7dB والتي تعتبر عادية نسبيا مقارنة مع الأساليب القائمة. لتعزيز أداء الطريقة المقترحة، تم استخدام أماكن متناثرة جزئية من مصفوفة التصوير (subarrays) والتي اختيرت على أساس أرقام شبه أولية (coprime) وثلاثية فيثاغورس وقد تم تقييمها. تم أيضا في الرسالة اختبار طرق التصوير الراديوي التالية: التصوير باستخدام اثنين من جزئيات مصفوفة التصوير ثم تليها تقنية الدمج الانصهاري الفعالة وأخيراً التصوير باستخدام جزئيات مصفوفة التصوير مجتمعة. في جميع الطرق المذكورة، تم مناقشة إعدادات "جزئية مصفوفة التصوير". يتم فحص فعالية الطرق المقترحة على التصوير باستخدام محاكاة في برنامج الماتلاب وبرامج متخصصة متخصص لتوليد بيانات كهرومغناطيسية. إن النموذج التقليدي الذي يقترح أن الأهداف المراد تصويرها تمثل نقطة واحدة في الصور الراديوية ليس واقعياً، لأن الهداف عادة ما تحتل أكثر من نقطة (بكسل). نقترح في هذا العمل نموذجاً مطوراً والذي يأخذ بعين الاعتبار الأهداف الغير نقطية والممتدة عبر أكثر من بكسل. لقد تم تصميم الأهداف المرجعية بأشكال هندسية معقدة وممتدة على أكثر من بكسل وتحمل قيماً مجهولة التوزيع الاحصائي. تظهر النتائج باستخدام برنامج المحاكاة الماتلاب والبيانات التجريبية فعالية الطريقة المقترحة. وعلاوة على ذلك، تم اقترح مخطط لتحديد المكان باستخدام هوائي واحد للاستخدام الداخلي من خلال معلومات من الرادارات الافتراضية. بما أن المسارات المتعددة للأشعة المنعكسة تعتمد على الجانب التصويري، فقد تم تحديد موقع الهوائي بحيث يستقبل أقل إشارات منعكسة ممكنة، وذلك بالاعتماد على الشكل الهندسي للمشهد المراد تصويره، وبالتالي تم خفض غموض الجدران بشكل كبير جداً، مما يسهل عملية ربط الأشعة المنعكسة بالهدف الأصلي. وتبين نتائج المحاكاة أن الطريقة المقترحة قوية وفعالة لمجموعة واسعة من الأهداف والتوقيت الزمني.
English Abstract
Recently, Through-the-Wall Radar Imaging (TWRI) society has witnessed a dramatic milestone after successful application of Compressive Sensing (CS) and sparse image reconstructions. However, multipath propagation is still a challenging problem. Multipath creates ambiguities in the measurements which result in ghost targets that can be confused with genuine targets. In this dissertation, multipath ghost suppression method based on Aspect Dependent (AD) feature is developed under CS framework. A measurement procedure is proposed using strategically selected duo-subaperture to realize the AD feature. The corresponding subimages are fused using either weighted sum or harmonic mean based techniques proposed in this work. Apart from using small fraction of the measurement, the knowledge of the reflecting geometry is not needed making the proposed method feasible. The results based on MATLAB and experimental data returned Target Signal-to-Clutter Ratio (TSCR) of 97.3dB and Target Relative Clutter Peak (TRCP) of 23.7dB which are relatively higher compared to the existing methods. It was found that under given conditions, the optimal configuration to suppress multipath ghost is to divide the aperture into two, reconstruct the respective subimages and then combine them via effective fusion technique. Our contribution answer the questions as how many subapertures and how to divide the aperture to effectively suppress the ghosts. To enhance the performance of the proposed method, sparse subarrays based on Pythagorean triple are proposed and evaluated. Two imaging modalities are examined: subarrays imaging followed by image fusion and imaging using combined subarrays. In each case, three configurations are discussed: Pythagorean-based Interlaced Sub-Apertures, Pythagorean-based Displaced Sub-Apertures (PDSA) and Spatial Orthogonal Coprime Arrays. The effectiveness of the subarrays is examined using MATLAB simulation and specialized EM propagation software. Imaging using duo-subarrays with PDSA configuration gives a TRCP of around 5dB higher than random selection. In some applications, the conventional signal model does not hold because the target occupies more than one pixel. This work, extends the existing model to incorporate extended targets. The ground truth is modeled to contain complex shaped targets forming blocks of pixels of unequal sizes with unknown reflectivity distributions and the recently proposed blockSABMP algorithm is implemented in TWRI problem. The approach is scrutinized under different scenarios such as complex shaped target, non-homogeneous scene and Rayleigh distributed target. For all scenarios, it returns the best Earth Mover’s Distance values and Normalized Mean Squared Errors compared to the existing algorithms. Moreover, this work proposes a single antenna localization scheme for indoor target utilizing virtual radars. The fact that multipath returns are AD, the radar is located such that it receives minimal returns. This reduces wall ambiguity significantly and simplifies the process of associating the multipath to their respective walls. Simulation results show that the proposed method is robust for a good range of timing errors
| Item Type: | Thesis (PhD) |
|---|---|
| Subjects: | Electrical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Electrical Engineering |
| Committee Advisor: | Muqaibel, Ali |
| Committee Members: | Zerguine, Azzeddine and Al-Naffouri, Tareq and Zidouri, Abdulmalek and Mousa, Wail |
| Depositing User: | ABDALLA AB TALIB (g201106050) |
| Date Deposited: | 19 May 2016 12:42 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 16:33 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139944 |