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Publicação
Development of a Dual-Mode SAR Radar System for Non-Destructive Testi
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.45 MB | Adobe PDF |
Autores
Resumo(s)
Esta dissertação propõe e avalia uma arquitetura para sistemas de imagem por radar
de abertura sintética (SAR), tendo em vista aplicações de ensaio não destrutivo.
O trabalho centra-se no desenvolvimento de uma plataforma de teste SAR capaz
de realizar medições radar recorrendo a uma abertura sintética e, posteriormente,
reconstruir imagens utilizando diferentes tecnologias de sensorização.
Foi proposta uma plataforma modular de medição, integrando um sistema
robótico de posicionamento com múltiplas configurações de radar. Foram
implementadas e avaliadas três abordagens, nomeadamente um radar comercial
de onda contínua modulada em frequência (FMCW) baseado no sensor Texas
Instruments AWR1843, uma configuração baseada num analisador vetorial de
redes (VNA) e, posteriormente, a mesma configuração VNA a operar na banda
milimétrica através da utilização de extensores de frequência. A plataforma
desenvolvida permite a aquisição automática de dados, o processamento de sinal e
a reconstrução de imagem através de algoritmos de retroprojeção SAR.
Foram realizados ensaios de validação para avaliar a influência da amostragem
espacial, da frequência de operação e da largura de banda do sinal na qualidade
das imagens reconstruídas. Os resultados demonstram que a largura de banda e a
frequência de operação desempenham papéis complementares na formação de
imagem SAR. Embora a configuração VNA tenha melhorado a resolução teórica
em distância, devido à maior largura de banda disponível, a sua frequência
inferior de operação resultou numa degradação da resolução transversal e numa
redução da capacidade de caracterização dos alvos. Por outro lado, a configuração
com extensores de frequência melhorou a qualidade das reconstruções ao
combinar elevada largura de banda com comprimentos de onda mais reduzidos, à
custa de um aumento da complexidade do sistema.
A plataforma proposta constitui uma bancada de ensaio flexível para
investigação em SAR, permitindo a comparação direta entre sensores radar
comerciais de baixo custo e instrumentação laboratorial de elevado desempenho
sob condições equivalentes. Esta capacidade contribui para a compreensão dos
compromissos existentes entre desempenho de imagiologia, complexidade do
sistema e custo de implementação, estabelecendo simultaneamente uma base para
futuros desenvolvimentos na área dos sistemas de imagem radar aplicados a
ensaios não destrutivos.
This dissertation proposes and evaluates an architecture for synthetic aperture radar (SAR) imaging systems with non-destructive testing applications in mind. The work focuses on the development of a SAR testbench platform capable of performing radar measurements with a synthetic aperture and then reconstructing images using different sensing technologies. A modular measurement platform was proposed, integrating a robotic positioning system with multiple radar configurations. Three approaches were implemented and evaluated, namely a commercial frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar based on the Texas Instruments AWR1843 sensor, a vector network analyser (VNA)-based configuration, and then the same VNA with a millimetre-wave band through the use of frequency extenders. The developed platform enables automated data acquisition, signal processing, and image reconstruction using SAR backprojection algorithms. Validation experiments were conducted to evaluate the influence of spatial sampling, operating frequency, and signal bandwidth on the quality of the reconstructed images. The results demonstrate that bandwidth and operating frequency play complementary roles in SAR image formation. Although the VNA configuration improved theoretical range resolution due to the larger available bandwidth, its lower operating frequency resulted in degraded cross-range resolution and reduced target characterisation capability. On the other hand, the frequency extender configuration improved reconstruction quality by combining large bandwidth with shorter wavelengths, at the expense of increased system complexity. The proposed platform provides a flexible testbench for SAR research, enabling the direct comparison of low-cost commercial radar sensors and laboratory-grade instrumentation under equivalent experimental conditions. This capability contributes to the understanding of the trade-offs between imaging performance, system complexity, and implementation cost, while establishing a foundation for future developments in radar imaging systems for non-destructive testing applications.
This dissertation proposes and evaluates an architecture for synthetic aperture radar (SAR) imaging systems with non-destructive testing applications in mind. The work focuses on the development of a SAR testbench platform capable of performing radar measurements with a synthetic aperture and then reconstructing images using different sensing technologies. A modular measurement platform was proposed, integrating a robotic positioning system with multiple radar configurations. Three approaches were implemented and evaluated, namely a commercial frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar based on the Texas Instruments AWR1843 sensor, a vector network analyser (VNA)-based configuration, and then the same VNA with a millimetre-wave band through the use of frequency extenders. The developed platform enables automated data acquisition, signal processing, and image reconstruction using SAR backprojection algorithms. Validation experiments were conducted to evaluate the influence of spatial sampling, operating frequency, and signal bandwidth on the quality of the reconstructed images. The results demonstrate that bandwidth and operating frequency play complementary roles in SAR image formation. Although the VNA configuration improved theoretical range resolution due to the larger available bandwidth, its lower operating frequency resulted in degraded cross-range resolution and reduced target characterisation capability. On the other hand, the frequency extender configuration improved reconstruction quality by combining large bandwidth with shorter wavelengths, at the expense of increased system complexity. The proposed platform provides a flexible testbench for SAR research, enabling the direct comparison of low-cost commercial radar sensors and laboratory-grade instrumentation under equivalent experimental conditions. This capability contributes to the understanding of the trade-offs between imaging performance, system complexity, and implementation cost, while establishing a foundation for future developments in radar imaging systems for non-destructive testing applications.
Descrição
Palavras-chave
Radar de abertura sintética (SAR) Ensaios não destrutivos (END) Imagiologia radar Radar FMCW Analisador vetorial de redes (VNA) Radar de ondas milimétricas Reconstrução de imagem Inspeção robótica
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