A constant false alarm rate (CFAR) detector for RADARSAT-2 along-track interferometry

Abstract

Canada's RADARSAT-2 synthetic aperture radar (SAR) satellite will be equipped with an experimental ground moving target indication (GMTI) mode, which makes use of the "dual-receive" capability of the RADARSAT-2 antenna to provide two apertures aligned in the along-track direction. The mode allows two SAR images to be taken under identical geometry of observation, but separated by a short time lag. One of the GMTI techniques currently being explored is based on SAR along-track interferometry (SAR ATI), which uses the magnitude–phase information of the interferogram to extract movers from stationary clutter. In this paper, an unconventional but fully automatic detection scheme, derived using a histogram approximation to the clutter joint probability density function (PDF), is proposed. The new nonparametric method permits the implementation of a constant false alarm rate (CFAR) detector without deriving a theoretical joint PDF for the clutter interferogram. A false alarm reduction technique, based on "selective" local density calculations, is also discussed. Experiments show striking improvement in reducing the number of false alarms (up to 60% reduction) over the original detector without significantly degrading its performance. The detector is shown to be robust in its ability to handle both simulated (RADARSAT-2) and real (airborne) data. Comparison with a conventional parametric CFAR detector, derived using theoretical marginal PDFs of the magnitude and phase of the interferogram, suggests the performance superiority of the new detector.

Le satellite radar canadien à synthèse d'ouverture (RSO) RADARSAT-2 sera équipé d'un mode expérimental GMTI (« ground moving target indication » – indication de cible mobile au sol) faisant usage de la capacité de réception à 2 fréquences de l'antenne de RADARSAT-2 à fournir deux ouvertures alignées dans la direction de la trace. Ce mode permet d'acquérir deux images RSO dans des conditions identiques de géométrie d'observation mais séparées par un court laps de temps. Une des techniques GMTI présentement sous analyse est basée sur l'interférométrie longitudinale RSO (ATI – « along-track interferometry ») et utilise l'information d'amplitude-phase de l'interférogramme pour extraire les objets mobiles du fouillis d'échos stationnaires. Dans cet article, on propose une procédure non conventionnelle mais entièrement automatique de détection basée sur l'utilisation de l'approximation par histogramme par rapport à la fonction de distribution de probabilité conjointe (FDP) du fouillis d'échos. La nouvelle méthode non paramétrique permet de mettre au point un détecteur de taux de fausse alarme constant (TFAC) sans qu'il ne soit nécessaire de dériver une FDP conjointe théorique pour l'interférogramme du fouillis. Une technique de réduction des fausses alarmes, basée sur des calculs de densité locale « sélective » est également discutée. Les expériences montrent des améliorations étonnantes dans la réduction du nombre de fausses alarmes (jusqu'à 60 % de réduction) par rapport au détecteur original sans qu'il n'y ait de dégradation de sa performance. Le détecteur s'est avéré robuste dans sa capacité à traiter des données simulées (RADARSAT-2) et réelles (aéroportées). Une comparaison avec un détecteur paramétrique conventionnel TFAC, dérivé en utilisant des FDP théoriques marginales de l'amplitude et de la phase des interférogrammes, tend à démontrer la performance supérieure du nouveau détecteur.[Traduit par la Rédaction]