ES2585590T3

ES2585590T3 - Aparato de vigilancia y método

Info

Publication number: ES2585590T3
Application number: ES07701374.6T
Authority: ES
Inventors: Dennis Longstaff
Original assignee: Teledyne Australia Pty Ltd
Current assignee: Teledyne Australia Pty Ltd
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: EP1989570A1; US7994965B2; EP1989570B1; IL192860A0; IL192860A; AU2007207324B2; EP1989570A4; US20100164784A1; AU2007207324A1; PL1989570T3; ZA200806166B; WO2007082335A1

Abstract

Un aparato (100) de vigilancia, comprendiendo dicho aparato: un primer conjunto de antenas de elementos transmisores (103) de radar; un segundo conjunto de antenas de elementos receptores (104) de radar; una red de alimentación acoplada a los elementos transmisores de radar de dicho primer conjunto de antenas; y un procesador acoplado a los elementos receptores de radar del segundo conjunto de antenas y a dicha red de alimentación; caracterizado porque uno de los conjuntos primero y segundo de antenas es un conjunto planario de antenas y la otra es un conjunto lineal de antenas, siendo ortogonal el conjunto lineal de antenas con respecto al conjunto planario de antenas; estando adaptados los elementos transmisores (103) de radar para transmitir una pluralidad de impulsos según un esquema de multiplexado por división ortogonal de frecuencia (OFDM), en el que cada impulso es seleccionado de la frecuencia de la portadora de entre un conjunto de frecuencias predeterminadas, permitiendo que los elementos receptores (104) de radar filtren las señales de retorno para cada elemento transmisor (103) de radar reflejadas por uno o más objetos dentro del alcance; y estando adaptado dicho procesador para sintetizar una pluralidad de elementos transitorios (105) de antena en los puntos medios entre los elementos transmisores (103) de radar y los elementos receptores (104) de radar.

Description

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DESCRIPCION

Aparato de vigilancia y metodo Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

La presente invencion versa sobre un aparato de vigilancia. En particular, aunque no exclusivamente, la presente invencion versa sobre sistemas de radar, incluyendo los sistemas de radar de conjuntos de antenas en fase.

Discusion de la tecnica anterior

Los principios de los conjuntos de antenas en fase se vienen utilizando en varios campos, incluyendo las telecomunicaciones (por ejemplo, estaciones emisoras de AM), radioastronoirna y sistemas de radar desde la Segunda Guerra Mundial. Normalmente, tales conjuntos de antenas incluyen varios radiadores activos acoplados a una red de alimentacion. La fase de cada senal de alimentacion suministrada a cada uno de los radiadores vana de tal modo que el patron de radiacion efectiva del conjunto de antenas se refuerce en una direccion deseada (es decir, el haz direccional), mientras que se suprime en las direcciones no deseadas.

Un tipo de radar de conjuntos de antenas en fase es un conjunto planario de antenas en fase que tiene buena resolucion y supera las limitaciones de las antenas de barrido mecanico. Un ejemplo de un radar de conjuntos planarios de antenas en fase actualmente en uso es el sistema de combate “Aegis” utilizado por la Armada de los Estados Unidos. En el centro del sistema Aegis hay varios radares AN/SPY-1, cada uno de los cuales es un radar multifuncion de conjuntos planarios de antenas en fase que comprenden un conjunto de elementos de antena, incluyendo radiadores y receptores, que definen una apertura de radar. El sistema Aegis es capaz de realizar busquedas, de deteccion automatica, de transicion a seguimiento, seguimiento de blancos aereos y de superficie y de apoyo a un enfrentamiento con misiles.

Sin embargo, un problema de tales conjuntos planarios de antenas es que tienden a ser muy grandes y aparatosos y propensos a efectos de carga eolica, especialmente en aplicaciones moviles. El tamano y el peso de los conjuntos planarios de antenas generalmente son resultado del numero de elementos que pueblan la apertura de radar. El numero de elementos que pueblan el conjunto de antenas es proporcional al area de la apertura necesaria para una resolucion angular dada. Esto las hace sumamente diffciles de montar a bordo de barcos y de otros vetuculos moviles. Ademas, el coste de producir tales conjuntos de antenas resulta muy prohibitivo y, en consecuencia, el uso de tales conjuntos de antenas ha sido limitado casi por completo, por ejemplo a algunas aplicaciones militares.

Otro problema del uso de un conjunto planario de antenas en fase es que normalmente solo cubre +/-45 grados desde la referencia de alineacion optica. Esta caractenstica requiere el uso de cuatro conjuntos de antenas para permitir la cobertura completa de 360 grados de acimut, tal como en el sistema Aegis.

Se han utilizado varias tecnicas para superar los problemas asociados con los sistemas convencionales de radar de conjuntos de antenas en fase, tales como el radar de apertura sintetica (SAR). En las aplicaciones de SAR, hay una antena de radar montada sobre una plataforma en movimiento rapido, por lo que el movimiento de la antena de radar permite la smtesis de una apertura de una antena mucho mayor en una dimension.

Se conoce un sistema de radar MIMO que usa conjuntos virtuales de antenas por el artfculo de K. W. Forsythe y D. W. Bliss, “Waveform correlation and optimization issues for MIMO radar”, en Proc. 39th Asilomar Conf. Signals, Syst. Comput., Pacific Grove, CA, Nov. 2005, pp. 1306-1310, XP010900224.

Esta claro que sena ventajoso que pudiera proporcionarse un aparato de vigilancia que supere o, al menos, mejore estos y otros problemas de la tecnica anterior.

Compendio de la invencion

En un aspecto de la presente invencion, se proporciona un aparato de vigilancia segun la reivindicacion 1. En otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un uso de dicho aparato segun las reivindicaciones 16 y 17.

Preferentemente, para senales reflejadas desde el campo lejano, los varios elementos transitorios actuan como elementos transceptores situados en el punto medio entre cada elemento transmisor dentro del primer conjunto de antenas y cada elemento receptor sucesivo dentro del segundo conjunto de antenas. Para senales que llegan del campo cercano, el procesamiento debe tener en cuenta contornos elfpticos, no esfericos, de retardo constante de trayectoria.

En una disposicion, el primer conjunto de antenas puede ser un conjunto lineal de antenas y el segundo conjunto de antenas puede tener la forma de un conjunto planario de antenas. En una disposicion alternativa, el primer conjunto de antenas puede tener la forma de un conjunto planario de antenas y el segundo conjunto de antenas puede ser un conjunto lineal de antenas.

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Adecuadamente, los elementos de radar asociados con el o los conjuntos planarios de antenas estan situados adyacentes al penmetro del conjunto de antenas. El conjunto planario de antenas puede definir cualquier forma planaria cerrada adecuada, tal como un drculo, un cuadrado, un rectangulo, un octogono o similares. En otra forma adecuada se pueden utilizar dos conjuntos planarios de antenas, uno encima del otro, reflejando el segundo la posicion del primero con una separacion similar a la longitud del conjunto lineal de antenas. En este caso, el numero de elementos receptores se dobla y el numero de transmisores se reduce a la mitad para una cobertura dada de haz de antena.

El conjunto lineal de antenas puede ser situado dentro del penmetro del conjunto planario de antenas y lo mas preferible es que este situado coincidente con el centro del conjunto planario de antenas. Alternativamente, el conjunto lineal de antenas puede ser situado externo al penmetro del conjunto planario de antenas.

Adecuadamente, la red de alimentacion esta adaptada para suministrar una pluralidad de impulsos, teniendo cada impulso un codigo de firma diferente que permite que los elementos receptores filtren las senales de retorno para cada elemento transmisor reflejadas por uno o mas objetos dentro del alcance.

Preferentemente, cuando se utiliza un esquema de transmision por FDM, cada codigo de firma es una frecuencia de portadora seleccionada de un conjunto de frecuencias predeterminadas. Preferentemente, los elementos transmisores transmiten periodicamente la pluralidad de impulsos.

Adecuadamente, los impulsos de senales son transmitidos segun un esquema de multiplexado por division de frecuencia (FDM), en el que las frecuencias de la portadora de los impulsos son iteradas incrementalmente despues de cada periodo de transmision, de modo que cada elemento transmisor transmita un conjunto completo de impulsos que cubra las frecuencias predeterminadas. Lo mas preferible es que los impulsos sean transmitidos segun un esquema de multiplexado por division ortogonal de frecuencia (OFDM).

Preferentemente, el numero N de etapas de frecuencia es igual o mayor que el numero L de elementos transmisores. Adecuadamente, la transmision de los impulsos es escalonada; es decir, durante la transmision de cada impulso cada elemento transmisor transmite una frecuencia de la portadora dentro de la secuencia de impulsos diferente de la del elemento o los elementos transmisores adyacentes.

Preferentemente, cuando se utiliza un esquema de transmision de FDM, los elementos receptores estan dispuestos de modo que cada elemento receptor capture L*M*N secuencias temporales, siendo L el numero de elementos transmisores, siendo M el numero de elementos receptores y siendo N el numero de frecuencias de transmision.

Adecuadamente, cuando se utiliza un esquema de multiplexado por division de frecuencia para transmitir los impulsos, se emplea una separacion constante de frecuencias entre las frecuencias de la portadora de cada impulso (es decir, la separacion entre las frecuencias de la portadora de cada impulso en el dominio frecuencial es identica). Preferentemente, pueden emplearse diversas tecnicas de compresion de impulsos, tales como la compresion por intervalos escalonados de frecuencias para mejorar adicionalmente la resolucion de la distancia. En este caso, la tecnica de frecuencias escalonadas facilita el diseno de un radar con una elevada resolucion de la distancia, con bajo ancho de banda instantaneo, siendo la contrapartida un largo periodo de observacion para permitir la transmision de todas las etapas de frecuencia.

Alternativamente, cuando se usa el multiplexado por division de codigo para transmitir los impulsos, pueden transmitirse simultaneamente diferentes secuencias de codigo, usando codigos que son separables en los receptores para la formacion de haces. Tales codigos permite la compresion de impulsos, asf como la facilitacion del procedimiento de formacion de haces. Pueden utilizarse conjuntos de secuencias de codigos que producen lobulos laterales de alcance bajo o nulo, para reducir la fuga a otros canales cuando se separan para el procedimiento de formacion de haces. El empleo de tal forma de esquema de CDM permite que se sintetice la imagen de radar a partir de una unica rafaga simultanea de los diferentes codigos.

Adecuadamente, los elementos de radar asociados con el conjunto planario de antenas son situados adyacentes al penmetro del conjunto de antenas. El conjunto planario de antenas puede definir cualquier forma planaria cerrada adecuada, tal como un cfrculo, un cuadrado, un rectangulo, un octogono o similares. En una forma, el conjunto planario de antenas puede incluir dos conjuntos planarios de antenas dispuestos paralelos entre sf; es decir, el segundo conjunto de antenas refleja la posicion del primero con una separacion similar a la longitud del conjunto lineal de antenas.

El conjunto lineal de antenas puede ser situado dentro del penmetro del conjunto planario de antenas, y lo mas preferible es que este situado coincidente con el centro del conjunto planario de antenas. Alternativamente, el conjunto lineal de antenas puede ser situado externo al penmetro del conjunto planario de antenas.

Preferentemente, la generacion de los elementos transitorios se realiza segun una tecnica de procesamiento de entrada multiple y salida multiple (MIMO) coherente. Adecuadamente, el procesamiento MIMO incluye las etapas de convertir la distancia entre cada elemento transmisor y cada elemento receptor en un tiempo de retardo y luego eliminar el tiempo de retardo de las senales recibidas, antes de sumar los impulsos y las senales de todos los pares de elementos transmisores y receptores.

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Preferentemente, el segundo conjunto de antenas puede ser plegable con respecto al primer conjunto de antenas, doblandose el segundo conjunto de antenas hacia atras sobre el primer conjunto de antenas, permitiendo que se retraiga la instalacion completa. Preferentemente, el segundo conjunto de antenas incluye una pluralidad de soportes radiales articulados por un extremo al primer conjunto de antenas, incluyendo cada soporte un elemento de radar montado pivotantemente en el otro extremo.

Breves detalles de los dibujos

Para que esta invencion pueda ser comprendida y puesta en la practica mas inmediatamente, se hara referencia ahora a los dibujos adjuntos, que ilustran realizaciones preferentes de la invencion, y en los cuales:

la FIG. 1 es un diagrama esquematico de un conjunto de antenas de vigilancia segun una realizacion de la invencion;

la FIG. 2 es un diagrama esquematico de un conjunto de antenas de vigilancia segun una realizacion de la invencion;

la FIG. 3 es un diagrama esquematico de un conjunto de antenas de vigilancia segun una realizacion adicional de la invencion;

la FIG. 4 es un diagrama esquematico de un conjunto de antenas de vigilancia segun otra realizacion adicional de la invencion;

la FIG. 5A es un diagrama esquematico de un conjunto plegable de antenas de vigilancia en el estado desplegado segun otra realizacion adicional de la invencion; y

la FIG. 5B es un diagrama esquematico de un conjunto plegable de antenas de vigilancia en el estado plegado segun otra realizacion adicional de la invencion.

Descripcion de realizaciones de la invencion

Con referencia a la FIG. 1, se ilustra una posible configuracion de un conjunto 100 de antenas en fase segun una realizacion de la presente invencion. El diagrama muestra las posiciones de los elementos transitorios que, junto con los elementos ffsicos, forman hipoteticamente un conjunto sintetico de antenas para procesar blancos en el campo lejano.

En este caso, el conjunto 100 de antenas comprende un subconjunto lineal 101 de antenas de N elementos transmisores omnidireccionales y un subconjunto planario 102 de antenas de M elementos receptores. En este caso particular los M receptores estan dispuestos en un conjunto circular de antenas en torno al subconjunto lineal de antenas. Tal configuracion permite una cobertura completa de 360 grados de acimut y normalmente +/- 60 grados en elevacion. Las personas con un dominio normal de la tecnica apreciaran que no es preciso que el subconjunto planario de antenas sea un conjunto circular de antenas, sino que puede adoptar el contorno de cualquier otra forma planaria, tal como un cuadrado, un rectangulo, un triangulo, etc.

El proceso de generacion de elementos transitorios hace uso del hecho de que la senal recibida del campo lejano con un par biestatico transmisor/receptor es identica a la senal que recibina un unico elemento monoestatico transmisor/receptor situado en el punto medio entre el par biestatico. En aras de la conveniencia, cuando los objetivos estan a gran distancia, el calculo de la imagen puede basarse en la geometna que surge de una pluralidad hipotetica de elementos transitorios. Tambien se puede usar la tecnica para senales procedentes del campo mas cercano, pero se requiere un procesamiento adicional para dar cuenta de una superficie elipsoidal cofasica con elementos biestaticos en los focos. En el campo lejano esta elipsoide tiende a una superficie esferica centrada en un elemento sintetico en el punto medio.

Para generar los elementos transitorios 105, es preciso que las senales transmitidas desde los elementos 103 de antena del subconjunto 101 de antenas transmisoras sean facilmente filtradas por cada uno de los receptores 104 del subconjunto 102 de antenas receptoras. Esto permite que la geometna de cada trayectoria (de cada elemento transmisor de antena al punto cuya imagen se esta formando y volviendo a los elementos receptores de antena) se convierta en un retardo o desfase para centrarse en el punto particular cuya imagen se esta formando. Asf, en el caso de la disposicion representada en la FIG. 1, los elementos sintetizados 105 forman un conjunto cilmdrico 106 de antenas en los puntos medios entre los subconjuntos de antenas transmisoras y receptoras.

La generacion de los elementos transitorios unicamente es posible cuando las senales reflejadas correspondientes a cada impulso transmitido son facilmente distinguibles en cada uno de los elementos receptores dentro del conjunto receptor de antenas. Es decir, que cada una de las senales reflejadas sea facilmente separable de la pluralidad de reflejos recibida por cada elemento receptor.

Un enfoque para garantizar la separacion inmediata de las senales recibidas en cada elemento receptor 104 es simplemente conmutar sucesivamente un impulso de senales entre cada elemento transmisor, con suficiente separacion temporal entre los impulsos para permitir la recepcion del eco del radar (es decir, aplicando multiplexado por division de tiempo). Tal enfoque es sumamente viable para algunas aplicaciones cuando han de monitorizarse escenas de movimiento lento. Sin embargo, con este enfoque solo es operativo un transmisor en cualquier momento, por lo que la potencia total disponible de un transmisor practico puede ser insuficiente para formar una imagen en el tiempo requerido para algunas aplicaciones.

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Un enfoque alternativo es transmitir simultaneamente la pluralidad de impulsos utilizando un esquema de multiplexado por division de codigo. La ventaja de tal tecnica de transmision es que permite mayores potencias de transmision. Otra ventaja de esta tecnica es que puede aplicarse una operacion de compresion de alcance durante el procedimiento de desmultiplexado para mejorar la resolucion de distancia de la imagen. Sin embargo, un inconveniente potencial en el uso de tal esquema de transmision es que puede ocurrir una fuga de canales. Cuando se usa simultaneamente un gran numero de codigos de transmisor, existe el potencial de que estos codigos se fuguen de uno a otro durante el desmultiplexado, acumulandose por ello una interferencia no deseada.

Un enfoque mas viable para la generacion de elementos transitorios 105 para tales aplicaciones de seguimiento de gran velocidad es el uso de lo que se denomina procesamiento de entrada multiple y salida multiple (MIMO) coherente. Como antes, la generacion de elementos transitorios en un procesamiento MIMO solo es posible cuando cada elemento receptor es capaz de separar las senales de retorno para emparejarlas con la correspondiente frecuencia transmitida desde cada elemento transmisor (es decir, una forma de procesamiento multiestatico dentro del propio conjunto de antenas). Esto puede ser facilitado multiplexando las formas de onda aplicadas a cada transmisor; en el caso actual se aplica un multiplexado por division de frecuencia (FDM).

En el enfoque de MIMO coherente cada uno de los elementos transmisores transmite simultaneamente impulsos de senales segun un esquema de multiplexado por division de frecuencia (FDM). Tras cada periodo de transmision, las frecuencias de la portadora de los impulsos se iteran incrementalmente para que cada elemento transmisor transmita un conjunto completo de impulsos que cubra todas las frecuencias transmitidas. Por ejemplo, en el primer periodo de transmision se transmite un conjunto de impulsos que tienen las frecuencias de portadora [fi, f2, ..., fn], siendo transmitida fi por el primer elemento transmisor T1 y siendo fn la enesima frecuencia en el conjunto transmitido por el elemento transmisor enesimo Tn. Despues del primer incremento, fn es transmitida por Ti y fi por T2 y fn-i transmitida por Tn. Esto garantiza que cada uno de los elementos receptores capture M*N secuencias temporales, siendo M el numero de elementos receptores de antena y siendo N el numero de etapas de frecuencia de los transmisores.

Estas secuencias temporales deben ser capturadas mediante muestreo a incrementos temporales iguales o mas cortos que la longitud del impulso del transmisor. Por ende, para una secuencia de N impulsos transmitida dclicamente desde L elementos transmisores a N frecuencias diferentes de la portadora, las senales del conjunto recibidas por los M elementos receptores dan como resultado un conjunto de L*M*N secuencias temporales.

La ventaja de utilizar un multiplexado por division de frecuencia es que se minimiza sustancialmente la fuga entre canales desmultiplexados. El potencial para la fuga entre tales canales en un esquema de multiplexado por division de frecuencia puede reducirse adicionalmente empleando multiplexado por division ortogonal de frecuencia (OFDM) o utilizando impulsos largos; es decir, los anchos de banda de los impulsos son mas estrechos que su separacion frecuencial. Cuando se emplean impulsos largos, pueden discurrir conjuntamente, permitiendo una transmision continua de ondas que, a su vez, hace mas diflcil de detectar el radar.

Tal enfoque contrasta directamente con el procesamiento convencional de conjuntos de antenas en fase, en el que las senales procedentes de los elementos transmisores se combinan en el campo lejano y se vuelven inseparables en los elementos receptores. La ventaja del procesamiento MIMO coherente es que se captura mas informacion en cada elemento receptor, lo que, en efecto, permite la srntesis de elementos adicionales transmisores/receptores de antena.

Ademas, el visionado reiterado de la apertura con formas de onda coherentes, como en la tecnica de MIMO coherente, permite monitorizar el cambio de fase en una celula cualquiera, permitiendo medir el movimiento y la velocidad de cualquier parte de la imagen de radar. Esta iluminacion coherente de la apertura permite usar el conjunto de antenas en varias aplicaciones, tales como el radar interferometrico o los radares de impulsos Doppler.

En aplicaciones en las que los esquemas de transmision y procesamiento utilizan OFDM, tambien puede emplearse una variedad de tecnicas de codificacion ortogonal. Esto permite la implementacion tanto de la compresion de alcance como de la formacion de haces. El procesamiento tanto de la compresion de alcance como de la formacion de haces utiliza la amplitud y la fase o los componentes equivalentes en fase y cuadratura de las senales recibidas.

En la operacion de la compresion de alcance, los datos procedentes de cada elemento receptor de antena son procesados para filtrar los canales ortogonales y combinados en los L*M haces (el procesamiento de todos los elementos tambien puede realizarse en paralelo). Estos tienen una baja resolucion de la distancia. A continuacion, se aplica una transformada de Fourier al conjunto de senales recibidas para la totalidad del conjunto completo de impulsos de OFDM transmitidos. Esto se repite para todas las muestras temporales y todos los haces. Esto produce un perfil de distancia corta para el intervalo de distancia/tiempo entre el conjunto original de impulsos de OFDM transmitidos y el correspondiente conjunto de retorno. A continuacion, el perfil de distancia corta puede ser objeto de secuenciacion para dar un perfil de elevada resolucion de distancia. Las muestras originales de distancias se convierten en N muestras de distancia corta (es decir, se aplica una compresion por intervalos escalonados de frecuencias).

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Asf, tras la aplicacion de la operacion de la compresion de alcance, el conjunto de L*M*N secuencias temporales se reduce a L*M secuencias temporales, lo que da como resultado un aumento de la resolucion de la distancia de la imagen un factor de N veces, siendo N el numero de etapas de frecuencia.

La operacion de la formacion de haces combina los datos de todos los elementos para producir una imagen tridimensional definida en terminos de distancia, acimut y elevacion. Cada voxel (pixel tridimensional) de la imagen estara relacionado con un coeficiente de reflexion de radar de cualquier reflector de una seccion dada del volumen de interes. Para formar la imagen debe conocerse la distancia de ida y vuelta entre cada elemento transmisor, el voxel que se mide y cada elemento receptor. Estas distancias se convierten en un tiempo de retardo que debe ser eliminado del conjunto de datos recibidos para provocar el alineamiento en el punto del voxel cuya imagen se esta formando. Debe hacerse esto para todos los puntos de voxel. El simple procesamiento de retardo y adicion puede ser reemplazado aplicando desfases equivalentes en los radares de banda estrecha.

El proceso subyacente de formacion de una imagen es sumar datos de senales procedentes de todos los pares de transmisor/receptor, de modo que los datos esten alineados en tiempo (o fase) para cada voxel de la imagen. Las senales que han de sumarse pueden ponderarse para formar haces e impulsos con caractensticas de lobulos laterales especificadas. La longitud del recorrido de propagacion de ida y vuelta desde el transmisor hasta un punto particular en el espacio del que ha de formarse una imagen y de regreso al receptor puede ser calculada para todos los pares de antenas y todos los puntos de la imagen. A continuacion, estas longitudes de recorrido pueden ser facilmente convertidas en retardos o desfases requeridos para la formacion de imagenes. En el campo cercano la nocion del elemento transitorio se deshace; aqu el proceso de formacion de imagenes puede completarse aun mediante el desfase temporal de los datos para alinear los retornos de cada pixel. En el campo cercano los puntos cofasicos forman una superficie elipsoidal de revolucion con focos en los elementos. Al aumentar la distancia, las superficies cofasicas elipsoidales se vuelven mas esfericas centradas en el punto medio que es la posicion del elemento transitorio.

Ademas de lo anterior, tambien pueden emplearse varias tecnicas antiinterferencias intencionales, tales como el direccionamiento de nulos. El principio basico del direccionamiento de nulos es formar el haz de modo que una fuente de ruido/interferencia coincida con una direccion de muy baja potencia/sensibilidad dentro del haz. Variar la posicion de los nulos permite que el conjunto de antenas minimice los efectos de una fuente de ruido/interferencia con solo un impacto menor en la posicion y la forma del lobulo principal. Una ventaja adicional en el uso del direccionamiento de nulos es que permite una relacion senal-ruido mejorada.

La FIG. 2 representa una configuracion 200 de conjuntos de antenas de vigilancia segun una realizacion de la invencion. En este caso, el subconjunto 201 de antenas transmisoras esta situado fuera del subconjunto 202 de antenas receptoras. De esta manera, los elementos transitorios 205 aun forman un conjunto cilmdrico 206 de antenas en los puntos medios entre los subconjuntos de antenas transmisoras 201 y receptoras 202, pero debe tenerse en cuenta la mayor separacion entre los pares transmisor y receptor en el procesamiento de senales.

Con referencia a la FIG. 3, se ilustra una posible configuracion adicional de un conjunto 300 de antenas de vigilancia de la presente invencion. En este caso, el subconjunto 302 de antenas receptoras tiene la forma de un cuadrado. Tal configuracion forma una antena tridimensional con una forma 306 de tipo caja en los puntos medios entre los subconjuntos de antenas transmisoras 301 y receptoras 302. La ventaja de tal configuracion es que la formacion de haces puede acelerarse usando transformadas rapidas de Fourier.

La FIG. 4 ilustra la posible configuracion de un conjunto 400 de antenas de vigilancia de la presente invencion. En este caso, el subconjunto 402 de antenas receptoras incluye dos conjuntos planarios 407, 408 de antenas dispuestos paralelos entre sf; es decir, el segundo conjunto 408 de antenas refleja la posicion del primero con una separacion similar a la longitud del conjunto lineal de antenas. Tal configuracion forma dos antenas tridimensionales 406 y 406' que tienen forma cilmdrica en los puntos medios entre los subconjuntos de antenas transmisoras 401 y receptoras 407, 408. En este caso, el numero de elementos receptores se dobla efectivamente y el numero de transmisores se reduce a la mitad para una cobertura dada de haz de antena. Ademas, el numero de codigos ortogonales requeridos para un numero dado de haces de elevacion se reduce a la mitad, lo que reduce el potencial de fuga cruzada entre canales.

Las anteriores configuraciones del conjunto de antenas de vigilancia pueden ser desplegadas en una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, el conjunto de antenas de vigilancia puede ser usado en aplicaciones tales como defensa aerea y terrestre, seguimiento balfstico, adquisicion de blancos, radar de aviso de cizalladura del viento y reparto del espectro, es decir, comunicaciones de radares duales.

Un ejemplo de la aplicacion del conjunto de antenas de vigilancia es un sistema de radar a bordo de un barco. La ventaja de tal sistema es que tiene una baja carga de peso maximo/eolica. Ademas, si se da al radar una capacidad de reparto del espectro de comunicacion dual, entonces el proceso MIMO minimiza los efectos adversos del desvanecimiento, que comunmente degradan las comunicaciones entre barcos.

Otro ejemplo adicional del tipo de aplicacion en el que puede ser empleado el conjunto de antenas de vigilancia de la presente solicitud es un radar urbano encubierto para la monitorizacion de toques de queda, ya que es facil disimular

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la antena de radar. En tal aplicacion, la forma de onda del radar es una forma de onda de LPI, y ofrece un enlace de comunicaciones.

En otra posible configuracion de la presente invencion, el subconjunto de antenas de elementos receptores 502 puede ser plegable con respecto al subconjunto 501 de antenas transmisoras, segun se muestra en las FIGURAS 5A y 5B. En la FIG. 5A se muestra el conjunto 500 de antenas de vigilancia en el estado desplegado. Aqm, los elementos receptores 504 estan montados pivotantemente 509 en los extremos de los soportes radiales 510, estando articulados los soportes radiales, a su vez, en un reborde 511 de soporte montado en el conjunto transmisor 501 de antenas. Segun se muestra, ambos receptores 504 estan en posicion vertical, extendiendose los soportes radiales 510 de forma sustancialmente ortogonal con respecto al reborde 511 de soporte y al conjunto transmisor 501 de antenas para generar una antena tridimensional que tiene forma cilmdrica 406.

La FIG. 5B muestra el conjunto 500 de antenas de vigilancia en el estado cerrado. Aqm los elementos receptores han sido pivotados en torno a 509 para que queden planos a lo largo de su correspondiente soporte radial 510. A continuacion, los soportes radiales giran sobre su extremo articulado hacia el conjunto transmisor 502 de antenas para permitir que el conjunto transmisor 502 de antenas sea retirado telescopicamente a traves del tubo 512.

Un ejemplo de cuando tiene aplicacion tal disposicion es cuando una antena de radar ha de extenderse para recoger una imagen de radar y luego retraerse para minimizar su visibilidad o para permitir la movilidad, tal como un submarino. Utilizando esta configuracion, el radar puede extenderse por encima de la superficie del oceano a traves de un tubo, el conjunto de antenas ser abierto para obtener una imagen, luego plegarse y retirarse. De modo similar, un vehnculo aereo no tripulado (UAV) podna extender un conjunto de antenas una vez en vuelo para un radar con mejor resolucion angular que uno montado dentro del morro. El concepto de un conjunto plegable de antenas tambien puede ser utilizado en aplicaciones de fuerzas terrestres moviles, tales como sistemas moviles G-MWACS de aviso y control terrestres o un unico vehnculo para radar y DF/ESM o la provision de radar dual y comunicaciones para un comando por medio de Wi-Fi MIMO.

La base de la tecnica de smtesis de elementos puede ser entendida a partir de la nocion de que un par de elementos de antena de un conjunto de antenas usados de manera biestatica recogeran exactamente los mismos datos del campo lejano que de un solo elemento monoestatico situado a mitad de camino entre los elementos biestaticos. Esto, en efecto, permite sintetizar elementos fantasma o transitorios entre todos los pares de elementos de un conjunto de antenas en fase. El inventor se ha percatado de que, para un conjunto anular de antenas de N elementos, se pueden sintetizar elementos fantasma entre todos los pares, permitiendo que el anillo se llene de aproximadamente N al cuadrado elementos fantasma o transitorios. Esto forma un conjunto planario de antenas con la capacidad de ver un sector de normalmente +/- 60 grados en acimut y elevacion desde la normal a la cara del conjunto de antenas.

Sin embargo, los conceptos de apertura de smtesis de elementos de la tecnica anterior son solo capaces de producir aperturas bidimensionales; con estas, como con su homologo de conjuntos de antenas en fase de radar de apertura real (RAR), se requieren al menos cuatro conjuntos de antenas en fase para proporcionar una cobertura completa de 360 grados de acimut. Ahora el aparato de vigilancia de la invencion proporciona una cobertura completa de 360 grados de acimut a partir de un conjunto estatico y compacto de antenas.

Las personas con un dominio normal de la tecnica apreciaran, con referencia a las ensenanzas de la invencion, que la forma de la antena tridimensional resultante depende de la forma del conjunto planario de antenas. Por ejemplo, si el conjunto de antenas tuviera la forma de un sector circular, la antena sintetizada resultante sena un sector de una superficie cilmdrica. Tal configuracion podna permitir la formacion de imagenes de radar en ese sector, que podna ser mas ancho que el sector visto por un conjunto planario convencional de antenas en fase.

Ha de entenderse que las realizaciones anteriores han sido proporcionadas unicamente a tttulo de ejemplificacion de esta invencion, y que se considera que las modificaciones y las mejoras adicionales a la misma, como sena evidente a personas expertas en la tecnica relevante, se encuentran dentro del alcance de la presente invencion descrita en la presente memoria.

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato (100) de vigilancia, comprendiendo dicho aparato:

un primer conjunto de antenas de elementos transmisores (103) de radar; un segundo conjunto de antenas de elementos receptores (104) de radar;

una red de alimentacion acoplada a los elementos transmisores de radar de dicho primer conjunto de antenas; y

un procesador acoplado a los elementos receptores de radar del segundo conjunto de antenas y a dicha red de alimentacion; caracterizado porque

uno de los conjuntos primero y segundo de antenas es un conjunto planario de antenas y la otra es un conjunto lineal de antenas, siendo ortogonal el conjunto lineal de antenas con respecto al conjunto planario de antenas;

estando adaptados los elementos transmisores (103) de radar para transmitir una pluralidad de impulsos segun un esquema de multiplexado por division ortogonal de frecuencia (OFDM), en el que cada impulso es seleccionado de la frecuencia de la portadora de entre un conjunto de frecuencias predeterminadas, permitiendo que los elementos receptores (104) de radar filtren las senales de retorno para cada elemento transmisor (103) de radar reflejadas por uno o mas objetos dentro del alcance; y

estando adaptado dicho procesador para sintetizar una pluralidad de elementos transitorios (105) de antena en los puntos medios entre los elementos transmisores (103) de radar y los elementos receptores (104) de radar.
2. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 1 en el que las frecuencias de la portadora de los impulsos son iterados incrementalmente despues de cada transmision, de modo que cada elemento transmisor (103) de radar transmita un conjunto completo de impulsos que cubra todas las frecuencias predeterminadas.
3. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en las reivindicaciones 1 o 2 en el que la transmision de los impulsos es escalonada, por lo que cada elemento transmisor (103) de radar transmite una frecuencia de la portadora dentro de la secuencia de impulsos diferente de la de los elementos transmisores (103) de radar adyacentes.
4. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que el numero N de etapas de frecuencia es igual o mayor que el numero L de elementos transmisores de radar.
5. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 4 en el que los elementos receptores (104) de radar estan dispuestos de modo que cada elemento receptor (104) de radar capture L*M*N secuencias, siendo M el numero de elementos receptores de radar.
6. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que se mantiene una separacion constante de frecuencias entre las frecuencias de la portadora de cada impulso.
7. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 6 en el que se emplea la compresion de impulsos.
8. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 7 en el que la compresion de codigos de impulsos es una compresion por intervalos escalonados de frecuencias.
9. Un aparato de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 1 en el que el conjunto planario de antenas define cualquier forma planaria cerrada adecuada, tal como un drculo, un cuadrado, un rectangulo, un octogono o similares.
10. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 9 en el que los elementos de radar asociados con el conjunto planario de antenas estan situados adyacentes al penmetro del conjunto de antenas.
11. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10 en el que el conjunto lineal de antenas esta situado dentro del penmetro del conjunto planario de antenas.
12. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 11 en el que el conjunto lineal de antenas esta situado coincidente con el centro del conjunto planario de antenas.
13. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10 en el que el conjunto lineal de antenas esta situado externo al penmetro del conjunto planario de antenas.
14. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12 en el que el conjunto planario de antenas es plegable con respecto al conjunto lineal de antenas.
15. Un aparato (100) de vigilancia segun se reivindica en la reivindicacion 14 en el que el conjunto planario de antenas incluye una pluralidad de soportes radiales articulados por un extremo al conjunto lineal de antenas, incluyendo cada soporte radial al menos un elemento receptor (104) de radar conectado de forma pivotante al mismo, de modo que, cuando los soportes radiales giren sobre el extremo articulado hacia el conjunto lineal de

5 antenas, cada elemento receptor (104) pivote, quedando plano a lo largo de su respectivo soporte radial.
16. El uso del aparato (100) de vigilancia de la reivindicacion 1 para generar una imagen de radar.
17. El uso del aparato (100) de vigilancia de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 para seguir un blanco movil.