Micro-Doppler analysis of non-stationary moving targets in radar imaging
Analyse des micro-Doppler de cibles mobiles déformables en imagerie radar
Résumé
n traditional ISAR imaging, rigid-body motion is usually assumed without considering non-stationary targets. Relative motion or deformation of parts of illuminated objects induce additional features in the Doppler frequency spectra. These features are called micro-Doppler effect and appear as sidebands around the central Doppler frequency. They can provide valuable information about the structure of the moving parts and may be used for recognition purposes. Previous papers have mostly focused on temporal micro-Doppler analysis. Besides except theoretical case studies, there are very few models and real data of non-stationary targets. Through the study of the wheel and the human motion, we propose in this thesis to emphasize and model the motion involving a micro-Doppler effect. We use both the micro-Doppler and a high range resolution analysis to finely characterize such non-stationary targets in radar imaging. Moreover we emphasize the influence of the relative geometry between the radar and the target. This thesis lies on a significant experimental part with the use of data provided by the ultra-wide band radar HYCAM developed by ONERA. In addition, the development of a simulator tool permits to link experimental data and models in order to extract physical features.
Les méthodes traditionnelles de formation d'images ISAR supposent que la cible est rigide et ne tiennent pas compte de ses déformations géométriques. Ces mouvements, qui s'ajoutent au déplacement global de la cible, créent une modulation en fréquence sur le signal réfléchi. Ce phénomène, aussi appelé effet micro-Doppler, se traduit d'un point de vue spectral par un étalement des fréquences autour de la fréquence Doppler centrale. Comme les caractéristiques de ces modulations sont directement reliées aux propriétés géométriques et dynamiques de la cible, l'analyse de l'effet micro-Doppler peut apporter des informations complémentaires aux méthodes existantes de reconnaissance de cibles mobiles. Les travaux précédents ont principalement été consacrés à l'analyse temporelle de l'effet micro-Doppler sans tenir compte de la dimension spatiale. En outre, mis à part les cas d'étude théoriques, il existe très peu de modélisations et de données réelles de cibles déformables. A travers les exemples de la roue et du piéton, cette thèse consiste à caractériser finement les effets des déformations géométriques en imagerie radar, en combinant l'analyse en distance et en Doppler. En outre, un accent est mis sur l'influence de la géométrie relative entre le radar et la cible.\\ Ces travaux s'appuient sur un large volet expérimental où sont exploitées les données issues du radar HYCAM, un système d'acquisition large bande développé par l'ONERA. En complément des mesures, le développement d'un outil de simulation permet de faire le lien entre les données réelles et le modèle de l'objet afin d'extraire des grandeurs physiques du phénomène étudié.
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