Polarimetry for penetrating radar - Evaluation of polarimetric ISAR radar measurements

Denna rapport beskriver fullpolarimetriska "se-igenom-väggen" radarmätningar med hög rumsupplösning med användning av ISAR-avbildning (Invers Syntetisk Apertur- Radar). Polarimetriska metoder har en potential i denna tillämpning, då de kan reducera effekterna av vägginteraktionen och förstärka kontrasten mellan människor och bakgrunden. Detta gäller speciellt fallet med stationära målobjekt, där man inte kan använda sig av högkänslig dopplerteknik. Mätningarna genomfördes på FOI:s testanläggning Lilla Gåra i juni 2010. Den viktigaste mätscenen var en person som satt i en vilstol i en sparsamt möblerad friggebod. ISAR-avbildningen åstadkoms genom att man placerade friggeboden på ett roterande vridbord. Två stationära antenner, som placerades bredvid varandra på ca 15 m avstånd från boden, användes för sändning och mottagning. Antennerna kunde sända och ta emot både vertikal (V) och horisontell (H) polarisation. På så sätt kunde fyra polarisationskombinationer uppnås med insamling av data över fyra vridbordsvarv, med byte av kombination mellan varven. Det väsentliga i denna mätning var att faskoherens upprätthölls genom en hel mätserie över de fyra varven. Detta ger möjlighet till sambearbetning av hela den insamlade datamängden med koherent metodik, där informationen hos den relativa fasen mellan mottagna signaler i olika polarisationskombinationer utnyttjas för t.ex. objektklassificering. För sambearbetningen har här använts en statistisk beskrivning av mätdata med den s.k. koherensmatrisen för de mottagna signalerna. En noggrann kalibrering av rådata ingick som en väsentlig del i arbetet. För kalibrering av mätsystemet krävs tre separata reflektormätningar. Den kalibreringsmetodik som har använts utnyttjar en trieder och en dieder, den senare i två olika lutningar. Reflektorernas reflektionsegenskaper antas vara kända. De ISAR-bilder som producerats för "se-igenom-väggen"-mätningar visar att personen kan urskiljas mot bakgrunden. Kontrasten är störst mellan personen och bakgrunden vid vertikal sändar- och mottagarpolarisation, med mindre kontrast i de korspolariserade fallen och i horisontell polarisation. Osymmetrin mellan vertikal och horisontell polarisation beror förmodligen till stor del på fiberstrukturen i träväggarna, som var horisontellt orienterad. Mätresultaten är delvis avvikande från publicerade simuleringar, som antagit homogena väggar. Differensbilder (Polarization Difference Imaging, PDI), bildade på olika sätt av ISARbilder, ger en något förhöjd kontrast mellan personen och bakgrunden jämfört med ISAR-bilderna men skillnaden är inte stor. Ett klassificeringsschema som kommit till användning i polarimetrisk SAR har testats i detta arbete för att i ISAR-bilderna skilja mellan olika mätobjekt i boden. Resultaten är lovande, men en pålitlig klassificering har ännu inte uppnåtts, då de polarimetriska särdrag som valts i schemat till viss del överlappar.