دانشگاه جامع امام حسین (ع) رادار 2345-4024 12 1 2024 08 22 Reducing the Computational Complexity of the Extended Kalman Filter in Cognitive Radar Target Tracking کاهش پیچیدگی محاسباتی فیلتر کالمن توسعه‌یافته در رادار ردگیر شناختگر 210361 FA حمید اصغری دانشجوی دکتری، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران 0009-0006-4624-458X رضا فاطمی مفرد دانشیار، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران 0000-0002-8764-3353 Journal Article 2024 05 26 Cognitive radar differs from traditional radar in that it develops behavioral rules in a self-organizing manner, benefiting from continuous interaction with the environment. Although the range and angle measurement errors vary depending on the return signal from the targets and environmental variables, typical tracking algorithms (such as conventional EKF) assume constant observation noise. One of the techniques described in the articles is adaptive updating of the EKF filter measurement noise covariance matrix, which uses endogenous data from the cognitive radar to investigate range and angle measurement errors and the effect of the received SNR. When the measurement noise covariance matrix is updated, the computational load increases. In this paper, we present a novel optimal technique utilizing mathematical relationship analysis to reduce unnecessary calculations. We simulated our method's performance in a tracking problem and compared its accuracy and computational load to traditional techniques. The simulation results show that in the new tracking algorithm based on cognitive radar, compared with the conventional EKF method while controlling the computational complexity, the tracking errors have significantly improved. When compared with the SNR-EKF algorithm, with an error increase of 4%, the volume of added calculations has been reduced by 22%. رادار شناختگر با رادار سنتی به‌واسطه توسعه قوانین رفتاری به شیوه‌ای خودسازماندهی از طریق بهره‌مندی از تعامل مداوم با محیط متفاوت است. در روش‌های مرسوم ردگیری اهداف، باوجوداینکه خطاهای زاویه‌سنجی و برد بر اساس سیگنال بازگشتی از اهداف و عوامل محیطی تغییر می‌کنند؛ ولی نویز مشاهدات در الگوریتم‌های ردگیری مرسوم (مانند EKF مرسوم) ثابت فرض می-شوند. یکی از روش‌های توسعه داده شده در مقالات، به‌روزرسانی تطبیقی ماتریس کوواریانس نویز اندازه‌گیری فیلتر EKF با بهره-مندی از داده‌های درون‌زای رادار شناختگر و با تحلیل خطاهای زاویه‌سنجی و برد و تأثیر SNR دریافتی بر آنها است. با به‌روزرسانی ماتریس کوواریانس نویز اندازه‌گیری، بار محاسباتی الگوریتم افزایش می‌یابد؛ در این مقاله با تحلیل ریاضی روابط، الگوریتم بهینه‌ جدیدی به‌منظور جلوگیری از انجام محاسبات غیرضرور ارائه شده است. عملکرد این روش در یک مسئله ردگیری با استفاده از شبیه‌سازی ارزیابی شده و نهایتاً دقت و بار محاسباتی آن با روش‌های موجود مقایسه شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که در الگوریتم جدید ردیابی با استفاده از مفهوم رادار شناختگر نسبت به روش EKF مرسوم، ضمن کنترل پیچیدگی محاسباتی، خطاهای ردگیری بهبود قابل‌ملاحظه‌ای داشته است و نسبت به الگوریتم SNR-EKF، با افزایش خطا به‌اندازه 4%، موجب کاهش حجم محاسبات افزوده شده به‌اندازه 22% شده است.

دانشگاه جامع امام حسین (ع) رادار 2345-4024 12 1 2024 08 28 Single-pixel terahertz imaging based on compressive sensing and mechanical mask تصویربرداری تک پیکسل تراهرتز مبتنی بر سنجش فشرده و ماسک مکانیکی 23 35 210365 FA رضا هاشمی سیاوشانی کارشناسی ارشد،دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران ، ایران محمد روئین فر مربی ،دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران ، ایران 0000-0003-0823-2968 ابوالفضل چمن مطلق دانشیار،دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران ، ایران مهدی سلمانیان کارشناسی ارشد،دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران ، ایران Journal Article 2024 04 25 Terahertz single-pixel imaging is an emerging technology that has received considerable attention in recent years for the purpose of imaging targets. Single-pixel terahertz imaging has several advantages that are critical for medical, industrial, and especially security applications. This method is a novel approach that provides the possibility of acquiring a terahertz image of the target, instead of using expensive terahertz cameras, with only a single-pixel terahertz detector. The main idea behind this imaging technique is to successively radiate the terahertz beam to the object and measure and record the output voltage of the single-pixel terahertz detector for each terahertz beam irradiation. Each time the terahertz beam is emitted, using different masks or a uniquely patterned mask, the terahertz beam is spatially modulated and then directed onto the object. Therefore, the object is illuminated repeatedly with a different pattern of terahertz radiation, and the detector voltage values vary for each mask or each irradiation instance. By recording and processing the values of the single-pixel detector and using the compressed sensing technique, the image of the object can be reconstructed. One of the most important challenges of single-pixel terahertz imaging is imaging speed. In this paper, a mechanical mask is used due to its availability and lower cost. In the simulation results, the recovered images are compared with the original image using MSE and SSIM metrics. The evaluation results indicate the success of this single-pixel imaging approach with a mechanical mask and a compressed sensing reconstruction algorithm. تصویربرداری تک‌پیکسلی تراهرتز فنّاوری نوظهوری است که در سال‌های اخیر جهت تصویربرداری اهداف مدنظر موردتوجه ویژه‌ای قرار گرفته است. تصویربرداری تک‌پیکسلی تراهرتز دارای چندین مزیت است که برای کاربردهای پزشکی، صنعتی و به‌ویژه در زمینه ی امنیتی قابل‌توجه است. این روش، ایده نوآورانه‌ای است که امکان دستیابی به تصویر تراهرتز هدف را به جای استفاده از دوربین های تراهرتز گران قیمت، تنها با یک آشکارساز تک‌پیکسل تراهرتز فراهم می کند. ایده اصلی در این روش تصویربرداری، تابش متوالی پرتو تراهرتز به جسم و اندازه گیری و ثبت ولتاژ خروجی آشکارساز تک پیکسل تراهرتز به ازای هر بار تابش پرتو تراهرتز است. در هر بار تابش پرتو تراهرتز، با استفاده از ماسک های مختلف یا هر ماسک که الگوی منحصر به فردی دارد پرتو تراهرتز مدوله مکانی شده و سپس به جسم می تابد. بنابراین جسم هر بار با یک الگوی متفاوتی از تابش پرتو تراهرتز، روشن می‌شود و مقادیر ولتاژ آشکارساز به ازای هر ماسک یا هر بار تابش متفاوت خواهد بود. با ثبت و پردازش مقادیر آشکارساز تک‌پیکسل و با بهره‌مندی از روش سنجش فشرده، نهایتا تصویر جسم بازیابی می شود. یکی از مهمترین چالش‌های تصویربرداری تراهرتز تک‌پیکسل، سرعت تصویربرداری است. در این پژوهش روی طراحی ساده و هزینه پایین ماسک طراحی شده در مقایسه با مقالات دیگر و البته الگوریتم به کاربرده شده است و همچنین در مقابل هزینه بسیار بالای آشکارساز های ارایه ای تراهرتز، با این روش صرفا با یک پیکسل بازسازی تصویر انجام شده است. علاوه بر این نتایج شبیه سازی تصاویر بازیابی شده با تصویر اصلی با معیار MSE و SSIM مقایسه می‌شود که نتایج ارزیابی حاکی از موفقیت این روش تصویربرداری تک پیکسل با ماسک مکانیکی و الگوریتم پردازشی سنجش فشرده است.

https://radar.ihu.ac.ir/article_210365_e1beda5bb05fe1694fd2225051027bcb.pdf

دانشگاه جامع امام حسین (ع) رادار 2345-4024 12 1 2024 08 22 Design and thermal-optical analysis of a space telescope with a resolution better than 5 meters طراحی و تحلیل حرارتی - اپتیکی یک تلسکوپ فضایی با توان تفکیک بهتر از 5 متر 210566 FA عباس بشیری کارشناسی ارشد، دانشگاه جامع امام حسین (ع) ،تهران ،ایران 0009-0008-3529-8747 مرضیه رجبعلی پور کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید بهشتی،تهران،ایران علی محمدی کارشناسی ارشد، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران مهدی سلمانیان کارشناسی ارشد، دانشگاه جامع امام حسین (ع) ،تهران ،ایران Journal Article 2024 06 04 Temperature variations lead to deformation of the optical and mechanical components of imaging payloads, and image quality is highly dependent on the optimized design of an imaging system. Thermal sensitivity of imaging payloads is therefore a major concern for aerospace manufacturers. To address this issue, active or passive thermo-optical control methods are typically employed. Prior to implementing such measures, thermal analysis is essential to identify critical components of the system.In this study, the optical design of a space telescope with a spatial resolution better than 5 meters is carried out, followed by the mechanical design of its mounts. Subsequently, a coupled thermo-optical analysis is performed using a three-dimensional finite element method. To calculate temperature transfer within the imaging system, a thermal model based on radiative heat transfer and energy exchange with the surrounding environment is developed. An optimized thermal simulation is then conducted, and the resulting non-uniform temperature distribution in the optical elements which leads to mechanical deformation is evaluated.For a temperature variation of 10 °C, the mechanical deformation of the optical components is analyzed using Zemax software. Finally, the simulation results are examined to identify the most thermally sensitive optical component by evaluating the modulation transfer function curves تغییرات دما، منجر به تغییر شکل اجزای سامانه‌های نوری و مکانیکی محموله‌های تصویربرداری می شود همچنین کیفیت تصویر به طور چشم گیری به طراحی بهینه یک سامانه تصویربرداری وابسته است. حساسیت حرارتی محموله‌های تصویربرداری یکی از مسائل موردتوجه برای سازنده‌های حوزه‌ی فضایی است. برای این منظور از روش‌های کنترل حرارتی _ نوری فعال یا غیرفعال استفاده می‌شود. قبل از انجام این فرایند، تحلیل وضعیت حرارتی برای مشخص نمودن نقاط حساس سامانه حائز اهمیت است. در این مقاله طراحی اپتیکی یک تلسکوپ فضایی با توان تفکیک بالاتر از 5 متر انجام شده و در ادامه نگهدارنده‌های مکانیکی آن طراحی شده است. پس از آن، تجزیه‌وتحلیل حرارتی نوری با استفاده از روش تحلیل المان محدود سه‌بعدی انجام شده است. برای محاسبه انتقال دما در سامانه تصویربرداری یک مدل انتقال حرارت از طریق تابش و تبادل انرژی با محیط اطراف ایجاد شده است. در ادامه شبیه‌سازی تحلیل حرارتی بهینه انجام شده و در ادامه‌ مرحله توزیع غیریکنواخت دما در مجموعه عناصر نوری که منجر به تغییر شکل مکانیکی اجزای آن می‌شود، سپس به‌ازای اختلاف دمای 10 درجه سانتی‌گراد، تغییر شکل مکانیکی اجزای نوری با کمک نرم‌افزار زیمکس، مورد ارزیابی قرار گرفته است. در پایان نتایج شبیه سازی برای مشخص نمودن حساس‌ترین جز نوری با استفاده از رسم منحنی تابع انتقال مدولاسیون مورد بررسی قرار گرفته است.

دانشگاه جامع امام حسین (ع) رادار 2345-4024 12 1 2024 08 22 Ship from Marine Passive Decoy Distinctive Feature Space Based on Target Transfer Function فضا‌ی ویژگی متمایز کننده‌ کشتی از دکوی غیرفعّال دریایی مبتنی بر تابع تبدیل هدف 210368 FA محمود آذری دانشجوی دکترا ،دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران ، ایران 0009-0000-1533-1660 محمد مهدی فرج الهی کارشناسی ارشد،دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران ، ایران 0009-0006-1973-5420 نادعلی زارعی استادیار،دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران ، ایران 0000-0003-1292-0595 محمد ضیغمی پژوهشگر،دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران ، ایران 0009-0008-7622-6926 Journal Article 2024 04 24 Marine passive decoys, or marine multi-faceted corner reflectors, will have special properties such as a high RCS in small dimensions close to the RCS of ships, having the same doppler value and high effectiveness in the electronic warfare environment. For this reason, they are used as one of the main tools for radar and missile seeker deception; Therefore, distinguishing the false decoy target from the ship's main target is an important issue in increasing radar accuracy. In this paper, we discussed the separation of the ship from the marine passive decoy using the system identification method. For this purpose, we first extracted the transfer function of each target at three signal-to-noise ratios of 13, 16, and 19 dB and analyzed the behavior of zeros and poles, the RMSE rate, and the required processing time in two constant and adaptive RMSE modes. Using available zeros and poles, we presented different feature spaces to distinguish the main target of the ship from the false target of the marine passive decoy. These feature spaces include the three-dimensional feature space of the number of zeros - the number of poles and the poles absolute mean and the space of the location of the zeros and poles in the S-plane. In order to prove the effectiveness of the proposed feature spaces, three-dimensional plots of the changes in the number of poles, the number of zeros, and the poles absolute mean were presented at different SNRs. We concluded that by increasing the SNR from 13 to 19 dB, the estimation RMSE decreased from 60 to 84 percent. In this paper, we showed that the constant RMSE mode compared to the adaptive one, although it is less accurate; But it reduces processing time by 97% in some targets. دکوی‌های غیرفعّال دریایی یا همان بازتابنده‌های گوشه‌ی چندوجهی دریایی، خصوصیّات ویژه‌ای همچون مقدار بالای سطح مقطع راداری در ابعاد کوچک و نزدیک به سطح مقطع راداری کشتی‌ها، یکسان بودنِ مقدار داپلر آنها و نیز اثربخشی بالا در محیط جنگ الکترونیک خواهند داشت. به همین خاطر از آن‌ها به‌عنوان یکی از ادوات اصلی اخلال در فریب رادارها و سر جستجوگر موشک‌ها استفاده می‌شود؛ لذا تمایز هدفِ کاذب دکوی از هدف اصلی کشتی از موضوعات حائز اهمیت در افزایش دقّت رادارهاست. در این مقاله به تفکیک کشتی از دکوی غیرفعّال دریایی با استفاده از روش شناسایی سیستم پرداختیم. بدین منظور ابتدا تابع تبدیل هر هدف را در سه نسبت سیگنال به نویز ۱۳،۱۶ و 19 dB استخراج کرده و به تحلیل رفتار صفر‌ها و قطب‌ها، میزان RMSE و زمان پردازش لازم در دو حالت RMSE ثابت و تطبیقی پرداختیم. با استفاده از صفرها و قطب‌های در اختیار، فضاهای ویژگی مختلف برای تفکیک هدف اصلی کشتی از هدف کاذب دکوی غیرفعّال دریایی ارائه دادیم. این فضاهای ویژگی عبارت‌اند از فضا‌ی ویژگی سه‌بعدی تعداد صفر‌ها - تعداد قطب‌ها و میانگین اندازه‌ی قطب‌ها و فضای محلّ قرارگیری صفر‌ها و قطب‌ها در صفحه S. به‌منظور اثبات کارآمدی فضا‌های ویژگی پیشنهادی نمودار‌های سه‌بعدی تغییرات تعداد قطب‌ها، تعداد صفر‌ها و میانگین اندازه‌ی قطب‌ها در SNRهای مختلف بیان شد و نتیجه گرفتیم که با افزایش SNR از ۱۳ به dB 19 خطا‌ی RMSE تخمین از ۶۰ تا ۸۴ درصد کاهش یافت. در این مقاله نشان دادیم حالت RMSE ثابت در مقایسه با حالت RMSE تطبیقی اگرچه دقّت کم‌تری دارد؛ اما در برخی از اهداف زمان پردازش را تا ۹۷ درصد کاهش می‌دهد.

دانشگاه جامع امام حسین (ع) رادار 2345-4024 12 1 2024 08 22 Evaluation of Small Displacements in SAR Interferometric Images Based on Stable Point Detection Using Coherence and Amplitude Dispersion Criteria ارزیابی جابه‌جایی‌های کوچک در تصاویر تداخل‌سنجی SAR مبتنی بر تعیین نقاط پایدار با استفاده از معیار همدوسی و پاشندگی دامنه 107 120 210091 FA پریسا یزدانی دانشجوی کارشناسی ارشد،دانشگاه یزد، یزد، ایران 0009-0007-1297-5234 علی مفتخر زاده استادیار، دانشگاه یزد، یزد، ایران 0000-0002-5634-6815 طیبه قلی پور دکتری، دانشگاه یزد، یزد، ایران 0000-0001-6682-6639 سپیده سادات شمس دانشجوی کارشناسی ارشد،دانشگاه یزد، یزد، ایران 0009-0005-2903-6271 علی اکبر رحیمی فرد دانشجوی دکتری، دانشگاه یزد، یزد، ایران 0009-0004-0950-9927 حمید سعیدی سورک دانشیار، دانشگاه یزد، یزد، ایران 0000-0002-8363-5030 هادی صفدرخانی استادیار،دانشگاه یزد، یزد، ایران 0000-0002-9335-7978 محمد ذوالفقاری دانشیار، دانشگاه یزد، یزد، ایران 0000-0003-3082-7183 Journal Article 2024 04 14 Detecting displacement using radar is crucial for monitoring the stability of natural phenomena, such as mountain slopes, and artificial structures, like dams and open-pit mine walls, to prevent financial and human risks. Identifying highly stable reference points with minimal displacement is crucial for accurate displacement detection. This identification relies on coherence and amplitude dispersion criteria applied to radar images, making the image formation method a key factor in determining stable points. This paper compares the effectiveness of two Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging methods—the Range-Doppler Algorithm (RDA) and the Back Projection Algorithm (BPA)—in identifying stable points based on various criteria. Practical results are presented for a radar site containing discrete targets. Using a coherence threshold of 0.9, the RDA method yielded an average stable point displacement of 0.18 mm, whereas the BPA method achieved approximately 0.09 mm, indicating superior performance of the BPA method in detecting stable points via the coherence criterion. On the other hand, using the amplitude dispersion criterion to identify stable points, the average displacement of stable points was about 0.015 mm and 0.040 mm for the RDA and BPA methods, respectively. The results of this research can be effective in selecting the appropriate imaging method in Synthetic Aperture Radar for determining millimeter-scale displacements of targets. تشخیص جابه‌جایی نقاط با استفاده از رادار در پایش پایداری پدیدههای طبیعی مثل دامنه کوه و پدیدههای مصنوعی مانند سدها و دیواره معادن روباز، برای جلوگیری از ضررهای مادی و انسانی اهمیت زیادی دارد. برای تشخیص جابه‌جایی لازم است نقاطی از هدف با پایداری زیاد و جابه‌جایی بسیار کم به‌عنوان نقاط معیار انتخاب شوند. تشخیص نقاط پایدار با استفاده از معیار‌های همدوسی و پاشندگی دامنه بر روی تصاویر راداری بدست آمده، انجام می‌شود. ازاین‌رو روش تشکیل تصاویر می‌تواند در تعیین نقاط پایدار تأثیرگذار باشد. در این مقاله تأثیر دو روش تصویربرداری بُرد-داپلر (RDA) و تصویرسازی معکوس (BPA) در یک رادار دهانه مصنوعی برای تعیین نقاط پایدار با معیارهای مختلف مقایسه شده و نتایج عملی برای یک سایت راداری شامل اهداف گسسته نشان داده شده است. با درنظرگرفتن معیار همدوسی برای تعیین نقاط پایدار با سطح آستانه 9/0، میانگین جابه‌جایی نقاط پایدار بدست آمده از روش تصویربرداری بُرد-داپلر mm18/0 و با روش تصویرسازی معکوس حدود mm09/0 بدست آمده است. این موضوع نشان می‌دهد که روش تصویرسازی معکوس در تشخیص نقاط پایدار با معیار همدوسی بهتر عمل کرده است. از طرف دیگر، با معیار پاشندگی دامنه در تعیین نقاط پایدار، میانگین جابه‌جایی نقاط پایدار حدود mm015/0 و mm040/0 به ترتیب برای روش‌های بُرد-داپلر و تصویرسازی معکوس بدست آمده است. نتایج بدست آمده از این تحقیق می‌تواند در انتخاب روش تصویربرداری مناسب در رادار دهانه مصنوعی برای تعیین جابه‌جایی‌های میلی‌متری اهداف مؤثر باشد.

https://radar.ihu.ac.ir/article_210091_27f7e40be3dbb560b80e9914638bb48f.pdf