رادار

رادار

ارزیابی خطای فاز ناشی از تکانه های ناخواسته سکو در شش درجه آزادی بر تصویرسازی سونار روزنه مصنوعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی - دانشگاه فردوسی مشهد
2 گروه مهندسی برق - مخابرات سیستم دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
چکیده

سونار روزنه مصنوعی، یک فناوری تصویربرداری زیرآبی است که دقت تصاویر آن به پایداری حرکت سکوی حامل وابسته است. بااین‌حال سکوی زیر آب به‌ناچار دچار حرکات ناخواسته در شش درجه آزادی می‌شود که موجب خطای فاز و افت کیفیت تصویر می‌گردد. تاکنون مطالعه مقایسه‌ای برای سنجش تأثیر هر یک از این حرکات بر خطای فاز و کیفیت تصویر انجام نشده و اغلب پژوهش‌های اخیر صرفاً به جبران هندسی خطاهای حرکت پرداخته‌اند و ارزیابی کمی اثر حرکات بر کیفیت تصویر مغفول مانده است. در این پژوهش اثر حرکات سینوسی ناخواسته سکو در شش درجه آزادی شامل جابه‌جایی‌های طولی، عرضی، عمودی و چرخش‌های زاویه‌ای غلتش حول محور x، پیچش حول محور y و دوران حول محور z به‌صورت عددی شبیه‌سازی و مقایسه شده است. بدین منظور خطای فاز ناشی از حرکت سکو مدل‌سازی شد و با محاسبه شاخص‌های RMSE، PSNR،PSLR و ISLR در شرایط مختلف، حساسیت سامانه نسبت به افزایش دامنه خطا به‌منظور ارزیابی سیستم صورت می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد با پارامترهای در نظر گرفته شده در این پژوهش در بین حرکات انتقالی، جابه‌جایی عمودی بیشترین تأثیر مخرب را دارد و حرکت بیش از m1/0 افت شدید کیفیت تصویر با PSNR کمتر از dB ۲۰ و RMSE بیشتر از m1/0 ایجاد می‌کند. جابه‌جایی عرضی نیز از حدود m5/0 به‌سرعت موجب افت کیفیت می‌شود، اما جابه‌جایی طولی کمترین تأثیر را داشته و افت محسوس تنها در خطاهای بسیار بزرگ رخ می‌دهد. از میان حرکات زاویه‌ای نیز دوران حول محور عمودی بیشترین اثر مخرب را داشته و فراتر از ۵° موجب افت شدید تصویر می‌شود، درحالی‌که غلتش حول محور x پایدارترین محور بوده و تصویر تا انحراف‌های ۵° تقریباً دست‌نخورده باقی می‌ماند. در نتیجه کنترل و تثبیت حرکات عمودی، عرضی و دوران حول محور عمودی سکوی حامل در طراحی سامانه‌های سونار روزنه مصنوعی برای تضمین تصویربرداری پایدار و باکیفیت ضروری است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Evaluation of Phase Errors Induced by Unwanted Platform Motion in Six Degrees of Freedom on Synthetic Aperture Sonar Imaging

نویسندگان English

HAMID HAJIRAHIMI KASHANI 1
SEYED ALIREZA SEYEDIN 2
1 Department Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
2 Department Faculty. Ferdowsi University of Mashhad, Iran
چکیده English

Abstract

Synthetic aperture sonar (SAS) is an underwater imaging technology whose image accuracy depends on the motion stability of the carrier platform. Nevertheless, underwater platforms inevitably experience unwanted movements in all six degrees of freedom, which result in phase errors and image quality degradation. So far, no comparative study has evaluated the effect of each of these motions on phase error and image quality, and most recent research has merely focused on geometric compensation of motion errors, overlooking quantitative assessment of their impact on image quality.

In this research, the effects of sinusoidal unwanted platform motions in six degrees of freedom—including surge, sway, and heave displacements as well as rotational motions: roll, pitch, and yaw—have been numerically simulated and compared. To this end, the phase error induced by platform motion was modeled, and by calculating the RMSE, PSNR, PSLR, and ISLR metrics under various conditions, the system’s sensitivity to increasing error amplitude was assessed. Simulation results show that among translational motions, vertical displacement (heave) has the most detrimental impact: displacements exceeding 0.1 m cause a severe drop in image quality, with PSNR falling below 20 dB and RMSE rising above 0.1 m. sway displacement above about 0.5 m also rapidly reduces quality, while surge displacement has the least effect, with noticeable degradation occurring only at very large errors. Among rotational motions, rotation about the yaw has the greatest destructive effect, with deviations beyond 5° leading to severe image degradation, while roll remains the most stable axis, and the image remains nearly intact for deviations up to 5°.

Consequently, controlling and stabilizing vertical, lateral, and yaw motions of the carrier platform are essential in the design of synthetic aperture sonar systems to ensure stable and high-quality imaging.

کلیدواژه‌ها English

Synthetic Aperture Sonar (SAS)
Phase Error
Platform Motion Disturbance
Hydrophone Array
Six Degrees of Freedom (DoF)

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 22 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 21 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 10 تیر 1404
  • تاریخ انتشار 17 مرداد 1405