ES2674220T3 - Obtención de imágenes de SAR de mapa de franjas de alta resolución - Google Patents

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Abstract

Método de obtención de imágenes de SAR que comprende realizar N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas de áreas de la superficie terrestre por medio de un radar de apertura sintética (20) que se transporta por una plataforma aérea o de satélite y que comprende una única antena no dividida y un único receptor acoplado a dicha única antena no dividida, siendo N un número entero mayor que uno; en el que la única antena no dividida del radar de apertura sintética (20) está asociada con una frecuencia de repetición de pulso nominal; en el que la totalidad de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas se realizan usando el mismo ángulo de elevación predeterminado con respecto al nadir del radar de apertura sintética (20) de modo que dichas N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas conciernen todas a la misma y específica zona explorada de la superficie terrestre; en el que cada adquisición de SAR en modo de mapa de franjas se realiza usando un ángulo de conmutación de lóbulo respectivo con respecto a la dirección de vuelo del radar de apertura sintética (20), siendo dicho ángulo de conmutación de lóbulo respectivo diferente de los ángulos de conmutación de lóbulo usados para realizar las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas; en el que cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas comprende operaciones de transmisión y recepción de radar respectivas que: * están intercaladas en el tiempo, individualmente o en grupos, con operaciones de transmisión y recepción de radar únicas, o grupos de las mismas, de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas; y * comprenden la transmisión y recepción de haces de radar respectivos en direcciones de adquisición respectivas que se definen por el ángulo de elevación predeterminado y por el ángulo de conmutación de lóbulo respectivo usados para dicha adquisición de SAR en modo de mapa de franjas, dando como resultado de ese modo que dichas direcciones de adquisición respectivas son paralelas entre sí y no paralelas a las direcciones de adquisición de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas; en el que los haces de radar transmitidos y recibidos en dos operaciones de transmisión y recepción de radar realizadas en dos instantes de tiempo inmediatamente sucesivos y relacionadas con dos adquisiciones de SAR diferentes en modo de mapa de franjas son contiguos a lo largo del azimut, aumentando de ese modo los tiempos de integración con respecto a los que pueden obtenerse por medio de una cualquiera de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas; y en el que las operaciones de transmisión y recepción de radar se realizan mediante: * el uso de una frecuencia de repetición de funcionamiento que es N veces mayor que la frecuencia de repetición de pulso nominal; o * la variación del ángulo de conmutación de lóbulo usado en bloques de intervalo de repetición de pulso; comprendiendo adicionalmente el método generar imágenes de SAR de áreas de la zona explorada específica basándose en la totalidad de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas, teniendo dichas imágenes de SAR una resolución acimutal que se potencia en un factor de hasta N con respecto a una resolución acimutal de mapa de franjas nominal que es igual a la mitad de la longitud física o equivalente a lo largo de la dirección acimutal de la única antena no dividida del radar de apertura sintética (20).

Description

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DESCRIPCION
Obtención de imágenes de SAR de mapa de franjas de alta resolución Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a la detección remota por medio de radar de apertura sintética (SAR) en general y, en particular, a un método innovador para la obtención de imágenes de SAR de mapa de franjas (stripmap) de alta resolución.
Estado de la técnica
En la figura 1 se muestra una geometría de referencia típica para generar imágenes de SAR de la superficie terrestre. Con respecto a esto, se desea subrayar el hecho de que en la figura 1 (y también en las siguientes figuras que se presentarán y describirán a continuación en el presente documento), la superficie terrestre se muestra (y se mostrará) “plana” solo por motivos de conveniencia y simplicidad de ilustración y descripción, sin pérdida de generalidad.
En particular, la figura 1 muestra esquemáticamente un radar de apertura sintética (denominado a continuación en el presente documento un sensor de SAR, por motivos de simplicidad de descripción) 10 que se mueve a lo largo de una dirección de vuelo d a una altitud h (con respecto a la superficie terrestre) que se supone que son sustancialmente constantes. Tal como se conoce, la altitud h del sensor de SAR 10 se mide a lo largo de una dirección de nadir z que pasa a través de dicho sensor de SAR 10 (en particular, pasa a través del centro de fase de la antena del sensor de SAR 10) y es ortogonal a la superficie terrestre y la dirección de vuelo d. De manera conveniente, el sensor de SAR 10 se transporta en vuelo/órbita por una plataforma aérea/espacial (no mostrada en la figura 1 por motivos de simplicidad de ilustración), tal como, por ejemplo, una aeronave o un vehículo aéreo no tripulado (VANT) o un satélite. La trayectoria en tierra de la dirección de vuelo d identifica una dirección acimutal x que es paralela a dicha dirección de vuelo d y ortogonal a la dirección de nadir z, mientras que una dirección de trayectoria transversal y, que es ortogonal tanto a la dirección de nadir z como a la dirección acimutal x, junto con la dirección acimutal x, identifica un plano x-y tangencial a la superficie terrestre. En uso, por medio de una antena oportuna (no mostrada en la figura 1 por motivos de simplicidad de ilustración), el sensor de SAR 10 transmite impulsos de radar y recibe las señales retrodispersadas asociadas en una dirección de adquisición sr que identifica la distancia oblicua y que forma un ángulo de elevación 0 con el dirección de nadir z y un ángulo de conmutación de lóbulo 9 con la dirección de vuelo d (o, de manera equivalente, con la dirección acimutal x) que, en la geometría de adquisición de SAR mostrada en la figura 1, es igual a 90°.
En particular, la geometría de adquisición de SAR mostrada en la figura 1 considera el denominado modo de mapa de franjas (stripmap), en el que el sensor de SAR 10 ilumina una franja de la superficie terrestre, conocida como zona explorada, con impulsos de radar y luego recibe las señales retrodispersadas asociadas desde la misma, extendiéndose dicha zona explorada principalmente en paralelo a la dirección acimutal x y teniendo una anchura dada W a lo largo de la dirección de trayectoria transversal y. Para mayor claridad, la figura 2 muestra la geometría de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas en el plano x-y, donde es posible observar cómo los ángulos de conmutación de lóbulo 0 son todos iguales (en particular, en el ejemplo mostrado en la figura 2, los ángulos de conmutación de lóbulo 0 son todos ángulos rectos).
La tecnología de SAR puede considerarse una tecnología consolidada; de hecho, en la actualidad hay incontables artículos, manuales, patentes y solicitudes de patente que describen las características y el potencial de la misma; con respecto a esto, puede hacerse referencia a:
• el artículo de Josef Mittermayer et al. titulado “Bidirectional SAR Imaging Mode”, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 51, n.° 1, 1 de enero de 2013, páginas 601-614, que se indicará a continuación en el presente documento, por motivos de simplicidad de descripción, como Ref1 y que describe un modo para crear imágenes de SAR bidireccionales;
• la solicitud de patente alemana DE 103 19 063 A1, que se indicará a continuación en el presente documento, por motivos de simplicidad de descripción, como Ref2 y que se refiere a un método y un sistema de antena de SAR que tiene una pluralidad de elementos de antena para generar múltiples haces de SAR;
• el artículo de A. Currie et al. titulado “Wide-swatch SAR”, IEE Proceedings of Radar and Signal Processing, vol. 139, n.° 2, 1 de abril de 1992, páginas 122-135, que se indicará a continuación en el presente documento, por motivos de simplicidad de descripción, como Ref3 y que describe diversos métodos para ampliar la zona explorada observable a través de un SAR; •
• el artículo de G. Krieger et al. titulado “Advanced Concepts for High-Resolution Wide-Swath SAR Imaging”, 8th European Conference on Synthetic Aperture Radar, 7 de junio de 2010, páginas 524-527, que se indicará a continuación en el presente documento, por motivos de simplicidad de descripción, como Ref4 y que presenta diversos conceptos en cuanto a sistemas de SAR de múltiples canales para crear imágenes de SAR de zona explorada amplia de alta resolución;
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• el libro de J. C. Curlander y R. N. McDonough titulado “Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing”, Wiley Series in Remote Sensing, Wiley-Interscience, 1991, que se indicará a continuación en el presente documento, por motivos de simplicidad de descripción, como Ref5 y que es un manual sobre sistemas de sAR; y
• el libro de G. Franceschetti y R. Lanari titulado “Synthetic Aperture Radar Processing”, CRC Press, marzo de 1999, que se indicará a continuación en el presente documento, por motivos de simplicidad de descripción, como Ref6 y que es otro manual sobre sistemas de SAR.
Tal como se conoce, la resolución acimutal para una adquisición de SAR en modo de mapa de franjas es una función de la apertura angular (o diferencia angular - delta de ángulo) con la que el sensor de SAR observa un objetivo; o, de manera equivalente, la resolución acimutal también puede considerarse una función de la diferencia de tiempo (delta de tiempo), en relación con la velocidad del sensor de SAR, con la que se observa el objetivo. En particular, la resolución acimutal puede expresarse mediante la siguiente ecuación (para más detalles, remítase a Ref3, Ref5 y Ref6):
0,886X
res =------------------------,
2 * delta _ ángulo
donde res indica la resolución acimutal, X indica la longitud de onda usada por el sensor de SAR y delta_ángulo indica la apertura angular (o diferencia angular - delta de ángulo) con la que el sensor de SAR observa el objetivo.
Suponiendo el ángulo como una apertura de 3 dB (unidireccional) de la antena (= 0,886X/L, donde L indica la longitud física o equivalente a lo largo de la dirección acimutal de la antena del sensor de SAR), puede obtenerse la restricción asociada tradicionalmente con la resolución acimutal para el modo de mapa de franjas, que es igual a L/2 (para más detalles, remítase a Ref3, Ref5 y Ref6).
Actualmente, se usan haces de antena muy anchos para mejorar la resolución acimutal, lográndose estos a través del uso de antenas de pequeño tamaño o con poca iluminación y con modulación de fase y/o amplitud tal como para reducir el tamaño equivalente, o mediante el uso del denominado modo de luz concentrada, cuya lógica de adquisición se ilustra esquemáticamente en la figura 3.
En particular, tal como se muestra en la figura 3, la lógica de adquisición de SAR en modo de luz concentrada prevé el uso de una orientación continua, o casi continua, del haz de antena durante el movimiento de vuelo del sensor de SAR 10 (ajustando dinámicamente el valor del ángulo de conmutación de lóbulo 0) para iluminar una misma área de interés con los impulsos de radar y luego recibir las señales retrodispersadas asociadas desde la misma, aumentando de este modo el tiempo de persistencia del sensor de SAR 10 en dicha área de interés y mejorando de ese modo la resolución acimutal.
Ambas metodologías indicadas anteriormente usadas para mejorar la resolución acimutal adolecen de algunos inconvenientes. En particular, el uso de un haz de antenas muy ancho requiere usar potencias de transmisión muy altas, mientras que el modo de luz concentrada introduce limitaciones sobre la longitud acimutal de las zonas exploradas.
Tal como se indica en la bibliografía, existen relaciones matemáticas que relacionan los parámetros de los modos de funcionamiento. En particular, el muestreo acimutal dicta que la frecuencia de repetición de pulso (PRF) de transmisión/recepción está relacionada con el tamaño del haz y con la velocidad del sensor de SAR (para más detalles, remítase a Ref3, Ref5 y Ref6) :
imagen1
donde a es un parámetro que depende del nivel deseado de ambigüedad, v indica la velocidad del sensor de SAR y L indica la longitud física o equivalente a lo largo de la dirección acimutal de la antena del sensor de SAR.
El valor de PRF limita la extensión del área medida (zona explorada) en alcance (para más detalles, remítase a Ref3, Ref5 y Ref6):
imagen2
donde AR indica la extensión del área medida (zona explorada) en alcance, t indica el intervalo de tiempo (o duración) del impulso transmitido y c indica la velocidad de la luz.
Con el fin de aprovechar las capacidades de un sistema de SAR al máximo, además de los modos de mapa de
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franjas y de luz concentrada, se han propuesto otras técnicas diversas a lo largo de los años para usar sensores de SAR, que pueden agruparse entres modos principales:
• modo de ráfaga;
• modo de división de espacio; y
• modo de división de ángulo.
El principal modo de ráfaga es el modo ScanSAR (SAR de exploración), que divide el tiempo en ráfagas síncronas (es decir con una tasa regular). En cada ráfaga se adquiere una parte de la escena a la PRF nominal de la antena, de tal manera que se muestrea correctamente del espectro acimutal (para más detalles, remítase a Ref3, Ref5 y Ref6), pero durante un tiempo más corto (y, por tanto, un delta de ángulo más pequeño). Esta división del tiempo permite cambiar el haz, en ráfagas subsiguientes, en otras direcciones con el fin de aumentar el alcance de la zona explorada. En la práctica, el “tiempo acimutal” se divide en Nb ráfagas y se adquiere una franja diferente en cada ráfaga. La mayor contraindicación de este modo es que al reducir el delta de ángulo adquirido, se deteriora la resolución acimutal. En particular, la restricción de cobertura continua que garantiza la ausencia de “huecos” en las franjas implica que la mejor resolución acimutal no puede ser menor que (es decir, mejor que) una cantidad determinada (para más detalles, remítase a Ref3, Ref4, Ref5 y Ref6); en particular se encuentra que:
reSScanSar > (Nb + ^franja
donde resscanSAR indica la resolución de ScanSAR y resfranja indica la resolución de referencia del mapa de franjas (es decir, L/2).
El modo TOPS (para más detalles, remítase a Ref4) también se enumera entre los modos de ráfaga; este modo se aprovecha de la capacidad de orientación acimutal y requiere un sentido de exploración opuesto al del modo de luz concentrada, es decir comparable a un barrido en lugar de un nuevo centrado. Es decir, en cada ráfaga, la orientación acimutal inicial garantiza que el sensor de SAR “mira” hacia atrás y luego apunta hacia delante al final de la ráfaga. Esto garantiza que, a diferencia del modo ScanSAR convencional, cada objetivo se ilumina por todo el diagrama de antena y esto permite igualar la respuesta radiométrica y las ambigüedades acimutales. Tal como sucede con el modo ScanSAR estipulado, en el modo TOPS (que también es un modo de ráfaga) también, los objetivos se observan siempre por el sensor con un delta de ángulo (o delta de tiempo) más pequeño que el típico del modo de mapa de franjas. Se deduce que también el modo TOPS, al igual que ScanSAR (aunque con diferentes ecuaciones/restricciones con respecto al ScanSAR tradicional), permite ampliar el alcance de la zona explorada a costa de la degradación de la resolución acimutal con respecto al modo de mapa de franjas. Estos conceptos se resumen en Ref4, donde en la introducción se indica: “Son ejemplos el modo ScanSAR (o TOPS) que permite una zona explorada amplia a costa de una resolución acimutal alterada y el modo de luz concentrada que permite una resolución acimutal mejorada a costa de una obtención de imágenes no contigua a lo largo de la trayectoria del satélite".
Tal como se observó anteriormente, los requisitos de tener zonas exploradas amplias y altas resoluciones están en conflicto mutuo. Por un lado, se prefiere una baja PRF para tener “más tiempo” para adquirir una escena amplia en el plano de elevación de trayectoria transversal, mientras que por otro lado, se preferiría un haz de antena ancho para mejorar la resolución acimutal. Sin embargo, esta última característica requeriría una alta PRF, contrastando de ese modo con el primer requisito. Con el fin de superar estos problemas, se han propuesto técnicas en el pasado que usan modos de división de espacio, tales como, por ejemplo, la técnica de centros de fase desplazados (DPC) (para más detalles, remítase a Ref3 y Ref4), que requiere el uso de múltiples antenas de recepción. Esto puede lograrse mediante el uso de múltiples sensores de SAR, o mediante la segmentación de una única antena y el uso de múltiples sistemas de recepción: se transmite un haz ancho (tamaño de antena L pequeño) y luego se recibe simultáneamente con M antenas (de tamaño pequeño como la que está en transmisión) dispuestas a lo largo de la dirección acimutal. El uso de múltiples elementos de recepción permite tener un mayor número de muestras acimutales y, por tanto, usar una menor PRF física (para más detalles, remítase a Ref3 y Ref4). La mayor contraindicación de esta técnica es la complejidad; de hecho, esta técnica requiere el uso simultáneo de M receptores y M antenas “pequeñas” (o una grande dividida en M sub-bloques) y, por tanto, requiere alta potencia de transmisión para lograr la sensibilidad de producto adecuada. Además, la bibliografía señala algunas áreas críticas a nivel de algoritmo en cuanto a la sensibilidad a errores de conocimiento de los M centros de fase, así como los efectos sobre el nivel de ambigüedad. Hay algunas variantes en la bibliografía que intentan reducir estas áreas críticas, tales como la técnica de zona explorada amplia de alta resolución (HRWS), que también prevé dividir una elevación con el fin de “seguir” el haz en elevación, aumentando de ese modo la directividad y como consecuencia la sensibilidad de producto.
El objetivo de las técnicas que usan los modos de división de ángulo es similar al de las técnicas que usan modos de división de espacio, pero las muestras adicionales se adquieren mediante muestreo en diferentes direcciones. En particular, hay dos lógicas principales: división angular en elevación y división angular en acimut.
La división angular en elevación (con respecto a esto, puede hacerse referencia, por ejemplo, a la técnica de haz de
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elevación múltiple (MEB) descrita en Ref4) prevé la adquisición simultánea con múltiples sistemas de antena/recepción y un único transmisor (con zona explorada amplia), o más transmisiones directivas (para más detalles, remítase a Ref3 y Ref4). De este modo, se obtiene una pluralidad de adquisiciones en modo de mapa de franjas con resoluciones acimutales nominales (aproximadamente L/2). Para reducir los problemas de ambigüedades de alcance, la bibliografía propone la conmutación de lóbulo de haces individuales en elevación.
En cambio, la división angular en acimut (con respecto a esto, puede hacerse referencia, por ejemplo, a la técnica de múltiples haces de centro de fase único (SPCMB) descrita en Ref3) prevé la transmisión a través de un único haz ancho y la recepción simultánea a través de M haces más estrechos. De este modo, se obtiene un haz ancho (mejorando la resolución), pero de manera similar al modo de luz concentrada, los canales de recepción únicos muestran correctamente una parte angular diferente. Estos canales se recombinarán entonces durante el procesamiento con el fin de obtener un delta de ángulo sintetizado M veces mayor, mejorando como consecuencia la resolución (para más detalles, remítase a Ref3 y Ref4). En general, la división angular en las técnicas de acimut tiene muchas áreas críticas con respecto al nivel de ambigüedad; de hecho, interaccionan los lóbulos laterales de la antena en transmisión y de las antenas únicas en recepción, elevando el nivel de las ambigüedades.
También en este caso, la mayor contraindicación de las técnicas de división angular es la complejidad; de hecho, estas técnicas contemplan el uso simultáneo de M receptores y M antenas “pequeñas” (o una grande dividida en M sub-bloques) y, por tanto, requieren alta potencia de transmisión para lograr la sensibilidad de producto adecuada.
Los conceptos de división de espacio y de ángulo se resumen bien en Ref4, que en la sección 2 indica: “Varias propuestas resuelven el dilema de resolución acimutal frente a cobertura de zona explorada amplia al combinar un receptor de radar de múltiples canales con un transmisor de apertura pequeña que ilumina un área amplia del suelo. Son ejemplos el SAR de múltiples haces de conmutación de lóbulo ..., la técnica de antena de centros de fase desplazados (DPCA)..., el sistema de SAR de red cuádruple ..., y el sistema de SAR de zona explorada amplia de alta resolución (HRWS)".
Aunque el objetivo es diferente, el modo de obtención de imágenes de SAR bidireccional (BiDi, para más detalles, remítase a Ref1) también debe contarse entre las técnicas de división de ángulo. Al aprovecharse de los lóbulos de retícula acimutal de una antena de red en fase o que funcionan en tiempos diferentes, este modo adquiere simultáneamente dos imágenes diferentes: una en cuanto a la escena delante y la otra en cuanto a la escena detrás. La diferencia angular acimutal es el equivalente de una diferencia de tiempo, es decir la misma escena observada en tiempos diferentes, y, por tanto, es posible identificar objetos en movimiento en la escena comparando imágenes. Es importante subrayar que esta técnica exige que las dos adquisiciones estén separadas angularmente en acimut, es decir no es posible combinar los datos de los dos canales para reconstruir una imagen con mayor resolución.
En la conclusión de Ref1, se indica: “Las series a corto plazo BiDi pueden usarse para la detección de velocidad y cambio. ... Las posibilidades del modo de obtención de imágenes BiDi en lo que se refiere a la medición de la velocidad es objeto de trabajo de investigación futuro. Posibles aplicaciones adicionales de BiDi incluyen medición de alta precisión de desplazamiento a lo largo de la trayectoria aprovechando los espectros Doppler separados ampliamente”.
Finalmente, aunque la tecnología de SAR puede desarrollarse con un tipo de antena diferente, el que ofrece la mayor flexibilidad de uso es el tipo denominado de “red en fase”, que permite un cambio rápido de la dirección de adquisición. Pueden usarse otros tipos de antena, tales como el descrito en Ref2, por ejemplo.
Objeto y sumario de la invención
El objeto de la presente invención es el de proporcionar un método de obtención de imágenes de SAR de mapa de franjas que permite lograr mejores resoluciones acimutales con respecto a las que pueden obtenerse con las técnicas de adquisición de SAR actuales del tipo de mapa de franjas, y que no adolece de los inconvenientes anteriormente descritos. El objeto anteriormente mencionado se logra mediante la presente invención en la medida en que se refiere a un método de obtención de imágenes de SAR y un sistema de SAR, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
En particular, el método de obtención de imágenes de SAR según la presente invención comprende realizar N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas de áreas de la superficie terrestre por medio de un radar de apertura sintética que se transporta por una plataforma aérea o de satélite y que comprende una única antena no dividida y un único receptor acoplado a dicha única antena no dividida, donde N es un número entero mayor de uno.
La totalidad de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas se realizan usando el mismo ángulo de elevación predeterminado con respecto al nadir del radar de apertura sintética de modo que dichas N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas conciernen todas a la misma y específica zona explorada de la superficie terrestre.
Cada adquisición de SAR en modo de mapa de franjas se realiza usando un ángulo de conmutación de lóbulo respectivo con respecto a la dirección de vuelo del radar de apertura sintética, en el que dicho ángulo de conmutación de lóbulo respectivo es diferente de los ángulos de conmutación de lóbulo usados para realizar las
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otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas.
Además, cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas comprende operaciones de transmisión y recepción de radar respectivas que:
• están intercaladas en el tiempo, individualmente o en grupos, con operaciones de transmisión y recepción de radar únicas, o grupos de las mismas, de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas; y
• comprenden la transmisión y recepción de haces de radar respectivos en direcciones de adquisición respectivas que se definen por el ángulo de elevación predeterminado y por el ángulo de conmutación de lóbulo respectivo usados para dicha adquisición de SAR en modo de mapa de franjas, dando como resultado de ese modo que dichas direcciones de adquisición respectivas son paralelas entre sí y no paralelas a las direcciones de adquisición de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas.
En particular, los haces de radar transmitidos y recibidos en dos operaciones de transmisión y recepción de radar realizadas en dos instantes de tiempo inmediatamente sucesivos y relacionadas con dos adquisiciones de SAR diferentes en modo de mapa de franjas son contiguos a lo largo del acimut, aumentando de ese modo los tiempos de integración con respecto los que pueden obtenerse por medio de una única cualquiera de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas.
Finalmente, el método de obtención de imágenes de SAR según la presente invención también comprende generar imágenes de SAR de áreas de la zona explorada específica basándose en la totalidad de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas, teniendo dichas imágenes de SAR una resolución acimutal que se potencia en un factor de hasta N con respecto a una resolución acimutal de mapa de franjas nominal, que es igual a la mitad de la longitud física o equivalente a lo largo de la dirección acimutal de la única antena no dividida del radar de apertura sintética.
Breve descripción de dibujos
Para una mejor comprensión de la presente invención, ahora se describirán algunas realizaciones preferidas, proporcionadas a modo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos (que no están a escala), donde:
• Las figuras 1 y 2 muestran esquemáticamente una geometría de adquisición típica para imágenes de SAR en modo de mapa de franjas;
• la figura 3 muestra esquemáticamente una geometría de adquisición típica para imágenes de SAR en modo de luz concentrada;
• las figura 4 y 5 muestran esquemáticamente un ejemplo de lógica para adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según un primer aspecto de la presente invención;
• la figura 6 muestra esquemáticamente un método para procesar datos adquiridos usando la lógica para adquisición de SAR en modo de mapa de franjas de las figuras 4 y 5;
• las figuras 7 y 8 muestran resultados de simulaciones realizadas por el solicitante para validar la técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según dicho primer aspecto de la presente invención;
• las figuras 9 y 10 muestran esquemáticamente los efectos de aplicar una primera estrategia de adquisición en la realización de una técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según un segundo aspecto de la presente invención; y
• las figuras 11 y 12 muestran esquemáticamente los efectos de aplicar una segunda estrategia de adquisición en la realización de la técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según el segundo aspecto de la presente invención.
Descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención
La presente invención se deriva de la visión del solicitante para aprovecharse de la capacidad de orientación de las antenas usadas en los sensores de SAR de manera no convencional. El solicitante concibió entonces una técnica de adquisición de SAR de múltiples haces y multitemporal que se aprovecha de las características de transmisión y recepción de un sensor de sAr en tiempo compartido.
En particular, la idea en la que se basa la presente invención es la de dividir una adquisición de SAR en modo de mapa de franjas en N adquisiciones elementales en modo de mapa de franjas (con N>1) y combinarlas para obtener imágenes de SAR con una resolución acimutal hasta N veces mejor que las obtenidas con técnicas convencionales de adquisición de SAR de mapa de franjas.
Específicamente, un primer aspecto de la presente invención se refiere a realizar varias adquisiciones de SAR
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intercaladas a nivel de intervalo de repetición de pulso (PRI), que representa el tiempo entre dos impulsos transmitidos consecutivos, en particular adquisiciones de SAR en las que la dirección de adquisición acimutal de la antena, concretamente el ángulo de conmutación de lóbulo usado, cambia a nivel de PRI.
En detalle, usando una frecuencia de repetición de pulso, PRF, aumentada (donde PRF=1/PRI), pueden obtenerse N adquisiciones de mapa de franjas, teniendo individualmente PRF compatibles con el tamaño de la antena (este modo, no se alteran los valores de ambigüedad acimutal), de modo que la suma de los diversos ángulos de conmutación de lóbulo usados pueden sintetizar una antena con un haz mayor (hasta N veces mayor). Al integrar los N ángulos de conmutación de lóbulo y compensar la modulación de amplitud, es posible obtener una imagen de SAR que tiene una resolución acimutal N veces mejor (es decir, menor en un factor de N con respecto a la resolución de modo de mapa de franjas nominal de L/2). A diferencia del modo de luz concentrada, se cambia la dirección de adquisición acimutal de la antena sin “seguir” un área predeterminada y, en consecuencia, no se introduce restricción alguna respecto del tamaño acimutal de la zona explorada.
La PRF usada es N veces mayor que la PRF natural nominal de la antena considerada, es decir que tiene el mismo valor de una PRF empleada en una antena N veces más pequeña (es decir, el tamaño necesario para obtener la misma resolución acimutal con las técnicas tradicionales).
La ventaja es que una antena más grande permite lograr un rendimiento de sensibilidad significativamente mayor para la misma potencia transmitida, o usar una potencia de transmisión significativamente menor para el mismo rendimiento. Además, dado que la antena es más grande, la densidad de potencia en la transmisión (obtenida mediante división de la potencia transmitida entre la superficie de la antena) se reduce significativamente. El hecho de usar una antena físicamente más grande también hace el sistema mucho más flexible, ya que es compatible con modos de PRF inferiores y por tanto con adquisiciones de SPOT/STRIP/SCAN a una menor resolución, pero con zonas exploradas significativamente mejores (es decir, significativamente más grandes).
Aunque la técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según el primer aspecto indicado anteriormente de la presente invención puede usarse con un número entero genérico N mayor de uno, a continuación en el presente documento, por motivos de simplicidad de descripción y sin pérdida de generalidad, se mostrarán ejemplos para N = 2, entendiéndose que los conceptos explicados a continuación en el presente documento en relación con el caso de N = 2 también son aplicables, cambiando lo que se deba cambiar, en el caso de un número entero genérico N mayor de uno.
Para una mejor comprensión del primer aspecto de la presente invención, las figura 4 y 5 muestran esquemáticamente un ejemplo de lógica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según dicho primer aspecto de la presente invención en el caso de N = 2.
En particular, la figura 4 (en la que el sistema de referencia cartesiano usado corresponde sustancialmente al introducido previamente para las figuras 1-3) muestra, en el plano x-y, un sensor de SAR 20 que:
• está equipado con una única antena no dividida (no mostrada en la figura 4 por motivos de simplicidad de ilustración) que está acoplada con un único receptor (no mostrado en la figura 4 por motivos de simplicidad de ilustración) y que está asociado con una frecuencia de repetición de pulso nominal PRFnom dada; y
• se transporta en vuelo/órbita a lo largo de una dirección de vuelo d por una plataforma aérea/espacial (no mostrada en la figura 4 por motivos de simplicidad de ilustración), tal como, por ejemplo, una aeronave, un VANT, un helicóptero o un satélite.
En el ejemplo mostrado en la figura 4, el sensor de SAR 20 se usa con una frecuencia de repetición de pulso de funcionamiento PRFop el doble que la frecuencia de repetición de pulso nominal de la antena (es decir, PRFop=2PRFnom) para transmitir impulsos sucesivos a una distancia temporal PRIop = 1/ (2PRFnom). En particular, tal como se muestra en la figura 4, el sensor de SAR 20 se usa para transmitir y recibir:
• en un primer instante de tiempo t-i, un primer haz de radar en una primera dirección de adquisición sn orientada con respecto a la dirección acimutal x, es decir, con respecto a la dirección de vuelo d, a lo largo de un primer ángulo de conmutación de lóbulo 91; y,
• en un segundo instante de tiempo t2 (con t2-ti=PRIop), un segundo haz de radar en una segunda dirección de adquisición sr2 orientada con respecto a la dirección acimutal x, es decir, con respecto a la dirección de vuelo d, a lo largo de un segundo ángulo de conmutación de lóbulo 92 diferente del ángulo de conmutación de lóbulo 91.
En detalle, el sensor de SAR 20 realiza:
• en el primer instante de tiempo t1, una primera adquisición de SAR hacia atrás (concretamente con 91>90°); y
• en el segundo instante de tiempo t2, una segunda adquisición de SAR hacia delante (concretamente con 92<90°). Tal como se muestra en la figura 4, los dos haces de radar trasmitidos y recibidos en las dos direcciones de
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adquisición sri y sr2 son contiguos a lo largo del acimut, permitiendo de esta manera que se aumenten los tiempos de integración (en particular, que se dupliquen) con respecto a los de las técnicas de mapa de franjas tradicionales para una antena dada.
Las dos adquisiciones de SAR mostradas en la figura 4 representan las adquisiciones elementales de una adquisición de SAR total en modo de mapa de franjas que se muestra en la figura 5, donde puede observarse cómo una serie de adquisiciones de SAR hacia atrás (a continuación en el presente documento también denominadas adquisiciones impares por motivos de simplicidad de descripción) y una serie de adquisiciones de SAR hacia delante (a continuación en el presente documento también denominadas adquisiciones pares por motivos de simplicidad de descripción) se realizan con intercalación a nivel de PRI, es decir, alternando siempre una adquisición de SAR hacia atrás con una adquisición de SAR hacia adelante, es decir, alternando el uso del primer ángulo de conmutación de lóbulo 91 con el uso del segundo ángulo de conmutación de lóbulo 92. Tal como se mencionó anteriormente, los haces de radar de las adquisiciones impares y pares realizadas en instantes de tiempo inmediatamente sucesivos son contiguos a lo largo del acimut para aumentar (en particular, para duplicar) los tiempos de integración con respecto a los que pueden obtenerse por medio de técnicas de mapa de franjas tradicionales para una antena dada. Dicho de otro modo, la anchura acimutal de los haces de radar y la variación del ángulo de conmutación de lóbulo son de tal manera que garantizan la contigüidad acimutal de los haces de radar y, como consecuencia, un aumento (en particular, una duplicación) de los tiempos de integración.
Se muestra en la figura 6 un diagrama de flujo que representa un método de procesamiento de los datos adquiridos usando la técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas tal como se muestra en la figura 5.
En particular, tal como se muestra en la figura 6, dicho método de procesamiento comprende:
• aplicar una transformada de Fourier rápida (FFT) tanto a los datos sin procesar obtenidos de las adquisiciones impares (bloque 61) como a los datos sin procesar obtenidos de las adquisiciones pares (bloque 62), para obtener, respectivamente, un primer espectro sin procesar y un segundo espectro sin procesar;
• estimar los valores de centroide Doppler basándose en los datos sin procesar obtenidos de las adquisiciones impares y pares y, convenientemente, basándose también en los valores de orientación nominal de la antena (bloque 63);
• realizar filtrado y alineación de frecuencia del primer espectro sin procesar (bloque 64) y del segundo espectro sin procesar (bloque 65) basándose en los valores estimados del centroide Doppler y los valores de orientación nominal de la antena para obtener, respectivamente, un primer espectro correctamente situado en frecuencia y un segundo espectro correctamente situado en frecuencia;
• aplicar una igualación de la modulación de amplitud tanto al primer espectro correctamente situado en frecuencia (bloque 66) como al segundo espectro correctamente situado en frecuencia (bloque 67) para obtener, respectivamente, un primer espectro igualado y un segundo espectro igualado;
• combinar en frecuencia el primer espectro igualado con el segundo espectro igualado (bloque 68) para obtener un espectro final que tiene el doble de tamaño que el de los espectros sin procesar primero y segundo; y
• formar una imagen de SAR basándose en el espectro final (bloque 69), teniendo dicha imagen de SAR una resolución acimutal que es la mitad (es decir dos veces mejor) que la de la imagen de SAR formada basándose en sólo los datos sin procesar obtenidos de las adquisiciones impares o sólo los datos sin procesar obtenidos de las adquisiciones pares.
Es importante subrayar el hecho de que con la técnica propuesta es posible correlacionar los valores de los centroides Doppler de las adquisiciones impares y pares por medio de los valores nominales vinculados a la variación en orientación de la antena y, en consecuencia, mejorar la estimación del centroide Doppler.
Para comprender mejor las características y el potencial de la técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según el primer aspecto de la presente invención, las figuras 7 y 8 muestran los resultados de simulaciones realizadas por el solicitante, suponiendo el funcionamiento en la banda X con una antena plana portada por un satélite y que tiene una longitud de 5,6 metros (y siempre en el caso en que N=2).
En particular, la figura 7 muestra la intensidad del patrón bidireccional en referencia a la respuesta de un único objetivo. Tal como puede inferirse del gráfico en la figura 7, la técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas según el primer aspecto de la presente invención permite duplicar (multiplicar por un factor de N en el caso genérico) el tiempo de persistencia del sensor de SAR en el objetivo (es decir, duplicar el tiempo de integración) y por tanto reducir a la mitad (o dividir entre un factor de N en el caso genérico) la resolución (es decir, mejorarla en un factor de N).
La figura 8 muestra la respuesta acimutal obtenida al simular la presencia de dos objetivos separados 2,8 metros, es decir, la mitad del tamaño de la antena. En el gráfico en la figura 8, los dos objetivos son bastante distintos dado que la resolución lograda es significativamente menor (aproximadamente la mitad, o aproximadamente un cuarto del
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tamaño de la antena) que el valor contemplado por las técnicas tradicionales (aproximadamente la mitad de la longitud física o equivalente de la antena).
Tal como se conoce, el parámetro que describe las características de sensibilidad de una imagen de SAR, un parámetro del que se derivan las características de la antena, así como los parámetros de radar principales tales como la potencia de transmisión, es NESZ (equivalente de ruido - sigma cero), para la cual rige la siguiente ley de proporcionalidad:
imagen3
donde
• Gt indica la ganancia de antena en transmisión,
• Gr indica la ganancia de antena en recepción,
• Lp indica la pérdida debida a la integración del patrón no ideal de la antena, y
• Pt indica la potencia transmitida.
Tal como se describió anteriormente, el método de adquisición de SAR según el primer aspecto de la presente invención permite lograr una resolución acimutal mejor (hasta N veces) para adquisiciones en modo de mapa de franjas con respecto a la que puede obtenerse con técnicas convencionales (aproximadamente la mitad de la longitud física o equivalente de la antena).
Se analizará ahora la diferencia, en lo que se refiere a la sensibilidad, entre dos sistemas que tienen la misma resolución, pero usando uno una técnica tradicional basándose en el uso de una antena que tiene la mitad de la longitud física o equivalente L y usando el otro la técnica innovadora según el primer aspecto de la presente invención y basándose en el uso de una antena que es más larga en un factor de N, es decir, que tiene una longitud NxL.
Una antena N veces más larga da como resultado un aumento de ganancia de N veces, tanto en transmisión como en recepción. Tal como se describió anteriormente, la PRF usada en el procesamiento es N veces menor, es decir, se enfoca el objetivo único usando un número de muestras N veces menor.
Debido a la presencia del punto cuspidal (respecto a esto, puede hacerse referencia, por ejemplo, a la figura 7), la integración podría ser ligeramente mayor con respecto al caso tradicional. Sin embargo, este valor, que depende de la forma del haz de antena y el valor de N, no es significativo.
En resumen, se desprende que:
NESZinv 1
-----------------s —
NESZtrad N
donde NESZinv indica el NESZ asociado con la técnica según el primer aspecto de la presente invención y NESZtrad indica el NESZ asociado con la técnica tradicional de mapa de franjas.
Por tanto, con la técnica según el primer aspecto de la presente invención hay un aumento considerable en la sensibilidad de producto, concretamente, es posible detectar una señal con una intensidad N veces menor. En consecuencia, dicha técnica según el primer aspecto de la presente invención también puede usarse para reducir la potencia de transmisión, y por tanto para reducir las complejidades tecnológicas.
La siguiente tabla 1 resume las ventajas e inconvenientes, para el mismo rendimiento en resolución acimutal, de la técnica según el primer aspecto de la presente invención con respecto a la tradicional.
TABLA 1
Ventajas Inconvenientes
Tecnología
Potencia de transmisión inferior Necesidad de ajustar rápidamente la orientación de la antena (a nivel de PRI)
Densidad de potencia muy inferior (potencia transmitida dividida entre la superficie de antena)
Volumen
Antena más grande
Flexibilidad
• El sistema es compatible con modos de PRF inferiores;
• adquisiciones de
franja/punto/exploración a lo largo de una zona explorada más grande
Para señalar mejor las ventajas obtenidas al usar la técnica según el primer aspecto de la presente invención con respecto a la tradicional, se enumeran comparaciones para el mismo rendimiento de producto y el mismo tamaño en elevación en las tablas 2 y 3 a continuación.
En particular, los datos mostrados a continuación en la tabla 2 se han obtenido por el solicitante suponiendo una 5 aplicación de satélite con una altura de satélite de aproximadamente 619 km, un tamaño de antena en el intervalo de aproximadamente 1,5 m, una resolución de 1 m x 1 m, una anchura de zona explorada mayor de 10 km (entre 13 y 15 km dependiendo del ángulo de elevación), un NESZ de aproximadamente -24 dBm2/m2 y una PRF en el intervalo de entre 9300 Hz y 10500 Hz.
TABLA 2
Técnica de mapa de franjas tradicional con una antena que tiene un tamaño acimutal de 1,9 m Técnica de mapa de franjas según el primer aspecto de la presente invención con una antena que tiene un tamaño acimutal de 3,8 m y con N=2 Técnica de mapa de franjas según el primer aspecto de la presente invención con una antena que tiene un tamaño acimutal de 5,8 m y con N=3
Potencia transmitida [KW]
« 24 « 14 « 9
Densidad de potencia transmitida [KW/m2]
« 9 « 2,7 « 1,1
Compatibilidad con resolución acimutal de 1 m y anchura de zona explorada de 13 km
Si Si Si
Compatibilidad con resolución acimutal de 3 m y anchura de zona explorada de 40 km
NO NO Si
PRF mínima para punto/exploración [Hz]
« 9000 « 4500 « 3000
10 Además, los datos mostrados a continuación en la tabla 3 se han obtenido por el solicitante suponiendo una aplicación de satélite con una altura de satélite de aproximadamente 619 km, un tamaño de antena en el intervalo de aproximadamente 1,5 m, una resolución de 1,5 m x 1,5 m, una anchura de zona explorada de aproximadamente 20 km, un NESZ de aproximadamente -24 dBm2/m2 y una PRF en el intervalo entre 6200 Hz y 7000 Hz.
TABLA 3
Técnica de mapa de franjas tradicional con una antena que tiene un tamaño acimutal de 2,9 m Técnica de mapa de franjas según el primer aspecto de la presente invención con una antena que tiene un tamaño acimutal de 5,8 m y con N=2
Potencia transmitida [KW]
« 17 « 9
Densidad de potencia transmitida [KW/m2]
« 4,5 « 1,1
Compatibilidad con resolución acimutal de 1,5 m y anchura de zona explorada de 20 km
Si Si
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Compatibilidad con resolución acimutal de 3 m y anchura de zona explorada de 40 km
NO Si
PRF mínima para punto/exploración [Hz]
« 6000 « 3000
Tal como puede inferirse de los datos mostrados en las tablas anteriores, la técnica según el primer aspecto de la presente invención permite producir, o, en cualquier caso, reducir significativamente las áreas críticas de sistemas de SAR con productos de mapa de franjas que tienen resolución métrica y aumenta el tipo de productos que pueden obtenerse con sistemas de sAr ya diseñados/operativos.
Tal como se ha descrito hasta ahora, la técnica según el primer aspecto de la presente invención permite adquirir simultáneamente N imágenes de mapa de franjas. En particular, estas imágenes, según dicho primer aspecto de la presente invención, se obtienen con diferentes ángulos de conmutación de lóbulo para aumentar la resolución acimutal.
Con el fin de no alterar los parámetros de calidad de imagen, la PRF usada con la técnica según el primer aspecto de la presente invención es mayor que la natural de la antena. Al aumentar la PRF, las zonas exploradas en alcance que pueden adquirirse son más pequeñas. Por tanto, un segundo aspecto de la presente invención se refiere a una técnica de adquisición de SAR en modo de mapa de franjas que no usa una PRF aumentada, o en cualquier caso no aumentada en un factor de N, para controlar los efectos sobre el producto y gestionar la degradación inducida.
En particular, dicho segundo aspecto de la presente invención se refiere a una técnica de mapa de franjas denominada en modo de ráfaga que no está intercalada a nivel de PRI, es decir donde las N adquisiciones de mapa de franjas no se realizan variando la dirección de adquisición de la antena en acimut a nivel de PRI, sino variando la dirección de adquisición de la antena en acimut en bloques de PRI.
Específicamente, el segundo aspecto de la presente invención se refiere a una técnica de mapa de franjas en modo de ráfaga en la que las N adquisiciones de mapa de franjas se realizan sin aumentar la PRF y variando la dirección de adquisición acimutal de la antena, es decir el ángulo de conmutación de lóbulo usado, en bloques de PRI
La técnica de mapa de franjas en modo de ráfaga con PRF no aumentada y variación del ángulo de conmutación de lóbulo según el segundo aspecto de la presente invención permite mejorar la resolución acimutal N veces sin deteriorar el alcance de la zona explorada, es decir, sin alterar el tamaño del alcance de la zona explorada. En particular, esta técnica permite lograr resoluciones acimutales N veces menores que la mitad la longitud física o equivalente de la antena usada (es decir resoluciones acimutales N veces mejores con respecto a las de técnicas de mapa de franjas tradicionales).
Con el fin de dividir la adquisición en dos (N en el caso genérico) y suponer el uso de la PRF nominal natural de la antena usada, se introducen “huecos” en el esquema de adquisición. Si estos huecos no tienen características periódicas, el efecto será una elevación distribuida de todos los lóbulos laterales, es decir se deteriora el parámetro ISLR (razón de lóbulos laterales integrados), pero no la PSLR (razón de lóbulos laterales máximos). Y viceversa, mediante el uso de patrones de ejecución periódica para los dos (N en el caso genérico) tipos de adquisición, se crean ecos emparejados en una posición conocida. Dependiendo de los requisitos, pueden elegirse diversas soluciones y luego aplicarse un patrón dado en la lógica de adquisición. Dado que se integrará un menor número de muestras, el producto tendrá un parámetro NESZ no emparejado.
A modo de ejemplo, las figuras 9 y 10 muestran los efectos de aplicar un patrón de ejecución periódica de los N tipos de adquisición con la técnica de mapa de franjas en modo de ráfaga con PRF no aumentada según el segundo aspecto de la presente invención, mientras que las figuras 11 y 12 muestran los efectos de aplicar un patrón de ejecución aleatoria de los N tipos de adquisición con la técnica de mapa de franjas en modo de ráfaga con PRF no aumentada según el segundo aspecto de la presente invención.
Con respecto a la técnica según el primer aspecto de la presente invención, la técnica según el segundo aspecto introduce menos restricciones tecnológicas porque el cambio del haz de antena tiene lugar a una frecuencia considerablemente menor.
Resumiendo brevemente, la presente invención se refiere a:
• el uso de una PRF aumentada en un factor de N y el uso intercalado de N ángulos de conmutación de lóbulo diferentes a nivel de PRI para mejorar la resolución acimutal N veces, es decir para obtener una resolución acimutal con un valor numérico menor en un factor de N con respecto al valor numérico de la resolución acimutal nominal del modo de mapa de franjas (siendo dicho valor numérico de la resolución acimutal nominal del modo de mapa de franjas, tal como se explicó anteriormente, igual a L/2, donde L indica la longitud física o equivalente a lo largo de la dirección acimutal de la antena de SAR usada); y
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• el uso de una PRF no aumentada y el uso de ráfaga de N ángulos de conmutación de lóbulo diferentes para mejorar la resolución acimutal N veces, es decir para obtener una resolución acimutal con un valor numérico menor en un factor de N con respecto al valor numérico de la resolución acimutal nominal del modo de mapa de franjas (es decir, L/2).
En conclusión, la presente invención se aprovecha de la lógica de adquisición de múltiples haces que permiten lograr adquisiciones de mapa de franjas con resoluciones extremas comparables a las del modo de luz concentrada, superando de ese modo la restricción sobre la resolución acimutal vinculada a la anchura del haz de antena. La presente invención también permite manejar la energía irradiada de una manera más eficaz, reduciendo la potencia requerida para garantizar el valor de sensibilidad establecido para el producto (reduciendo la potencia en transmisión y la densidad de potencia en transmisión).
Por tanto, la presente invención no sólo aumenta el alcance de productos para sistemas ya producidos, sino que sobre todo, introduce una nueva metodología para diseñar nuevos sistemas de SAR.
Finalmente, tras haber comparado la presente invención con los modos tradicionales de luz concentrada y de mapa de franjas, también se describirán ahora las principales diferencias con respecto a las técnicas conocidas de generación de imágenes de SAR de zona explorada amplia de alta resolución descritas anteriormente.
En particular, a diferencia de la presente invención, las técnicas de ráfaga (por ejemplo, ScanSAR y TOPS) prevén el deterioro de la resolución acimutal con el fin de aumentar el alcance de la zona explorada.
A diferencia de la presente invención, que funciona con un único canal de recepción (es decir, con un único receptor), las técnicas de división de espacio (por ejemplo, DPC y HRWS) y las de división de ángulo (por ejemplo, MEB y SPCMB) prevén el uso de M sistemas para la recepción simultánea y también prevén el uso de una antena pequeña (normalmente, una antena se divide en M antenas más pequeñas).
El modo BiDi descrito en Ref1 tiene un fin diferente, el de la identificación de objetivo móvil (MTI) y, por tanto, no tiene el objeto de mejorar la resolución acimutal. Además, la geometría de adquisición es diferente de la de la presente invención y los haces carecen de continuidad acimutal. Respecto a esto, debe indicarse que, tal como se describe explícitamente en las secciones III C y III D y tal como se ilustra claramente en la figura 11 de Ref1, los haces de radar usados (en el modo BiDi específico descrito en las secciones III C y III D mencionadas anteriormente e ilustrado en la figura 11 mencionada anteriormente de Ref1) para la adquisición hacia delante y para la adquisición hacia atrás, están separados en acimut, mientras que según la presente invención son contiguos. En confirmación de lo que acaba de decirse, debe indicarse que los tiempos de integración mostrados en la figura 11 de Ref1 están separados y no son contiguos. Por tanto, dado que los haces no son contiguos a lo largo del acimut y, como consecuencia, tampoco son contiguos los tiempos de integración, no es posible sintetizar una apertura mayor, es decir no es posible obtener un tiempo de integración mayor (como ocurre en la presente invención; por ejemplo, según el primer aspecto de la presente invención, el tiempo de integración se aumenta en un factor de N) y, en consecuencia, no es posible mejorar la resolución acimutal. En particular, las adquisiciones hacia delante y hacia atrás mostradas en la figura 11 de Ref1 sirven cada una para generar una imagen de SAR respectiva con la resolución nominal máxima en acimut del modo de mapa de franjas (es decir L/2), pero no puede usarse (debido a que los haces no son contiguos a lo largo del acimut, y como consecuencia, tampoco los tiempos de integración son contiguos) para generar una única imagen de SAR con resolución acimutal mejorada (es decir con resolución menor de L/2) como ocurre en la presente invención. Las consideraciones anteriores se confirman por las aplicaciones finales del modo BiDi. De hecho, las aplicaciones del modo BiDi descritas en Ref1 son solamente del tipo MTI para medir la velocidad con la que se mueve un objetivo/escena y no contempla un aumento en la resolución acimutal de una imagen de SAR adquirida en modo de mapa de franjas tal como se prevé en la presente invención.
Además, también debe indicarse que Ref2 tiene lógica de implementación a nivel de antena y no lógica de adquisición como la presente invención. Además, tal como puede deducirse a partir de la figura 3 de Ref2, las adquisiciones están separadas por un espacio significativo con respecto a la zona explorada de la antena y tienen características de repetibilidad. Las ráfagas no garantizan el muestreo continuo del espectro acimutal con la frecuencia natural (PRF) de la antena, es decir no hay continuidad temporal en las ráfagas en cuanto a una misma zona explorada y por tanto, a diferencia de lo que se prevé por la presente invención, la mejor resolución acimutal que puede lograrse es peor que la nominal del modo de mapa de franjas (es decir, L/2). En particular, la geometría mostrada en la figura 3 de Ref2 es la típica del modo ScanSAR.
Finalmente, también debe indicarse que la sección 5 de Ref3 presenta el modo ScanSAR, es decir un modo que adquiere múltiples sub-zonas exploradas en alcance con ráfagas que no son contiguas en el tiempo. Las ráfagas son secuenciales y de duración más corta con respecto a las que pueden obtenerse en modo de mapa de franjas, y por tanto, a diferencia de lo que se prevé por la presente invención, hay un deterioro en la resolución acimutal con referencia a la resolución nominal del modo de mapa de franjas (es decir, L/2). Además, la figura 10 de Ref3 no muestra lógica de adquisición, sino que solo describe los valores de PRF que pueden elegirse dependiendo de la distancia de la escena. En particular, según lo mostrado en la figura 10 de Ref3, se prevén ráfagas síncronas y espaciadas en las áreas individuales en alcance, forzando de ese modo la degradación de la resolución acimutal.

Claims (1)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    Método de obtención de imágenes de SAR que comprende realizar N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas de áreas de la superficie terrestre por medio de un radar de apertura sintética (20) que se transporta por una plataforma aérea o de satélite y que comprende una única antena no dividida y un único receptor acoplado a dicha única antena no dividida, siendo N un número entero mayor que uno;
    en el que la única antena no dividida del radar de apertura sintética (20) está asociada con una frecuencia de repetición de pulso nominal;
    en el que la totalidad de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas se realizan usando el mismo ángulo de elevación predeterminado con respecto al nadir del radar de apertura sintética (20) de modo que dichas N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas conciernen todas a la misma y específica zona explorada de la superficie terrestre;
    en el que cada adquisición de SAR en modo de mapa de franjas se realiza usando un ángulo de conmutación de lóbulo respectivo con respecto a la dirección de vuelo del radar de apertura sintética (20), siendo dicho ángulo de conmutación de lóbulo respectivo diferente de los ángulos de conmutación de lóbulo usados para realizar las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas;
    en el que cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas comprende operaciones de transmisión y recepción de radar respectivas que:
    • están intercaladas en el tiempo, individualmente o en grupos, con operaciones de transmisión y recepción de radar únicas, o grupos de las mismas, de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas; y
    • comprenden la transmisión y recepción de haces de radar respectivos en direcciones de adquisición respectivas que se definen por el ángulo de elevación predeterminado y por el ángulo de conmutación de lóbulo respectivo usados para dicha adquisición de SAR en modo de mapa de franjas, dando como resultado de ese modo que dichas direcciones de adquisición respectivas son paralelas entre sí y no paralelas a las direcciones de adquisición de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas;
    en el que los haces de radar transmitidos y recibidos en dos operaciones de transmisión y recepción de radar realizadas en dos instantes de tiempo inmediatamente sucesivos y relacionadas con dos adquisiciones de SAR diferentes en modo de mapa de franjas son contiguos a lo largo del azimut, aumentando de ese modo los tiempos de integración con respecto a los que pueden obtenerse por medio de una cualquiera de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas;
    y en el que las operaciones de transmisión y recepción de radar se realizan mediante:
    • el uso de una frecuencia de repetición de funcionamiento que es N veces mayor que la frecuencia de repetición de pulso nominal; o
    • la variación del ángulo de conmutación de lóbulo usado en bloques de intervalo de repetición de pulso;
    comprendiendo adicionalmente el método generar imágenes de SAR de áreas de la zona explorada específica basándose en la totalidad de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas, teniendo dichas imágenes de SAR una resolución acimutal que se potencia en un factor de hasta N con respecto a una resolución acimutal de mapa de franjas nominal que es igual a la mitad de la longitud física o equivalente a lo largo de la dirección acimutal de la única antena no dividida del radar de apertura sintética (20).
    El método según la reivindicación 1, en el que las operaciones de transmisión y recepción de radar respectivas de cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas están intercaladas en el tiempo individualmente con operaciones de transmisión y recepción de radar únicas de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas;
    y en el que las operaciones de transmisión y recepción de radar se realizan con una frecuencia de repetición de funcionamiento igual a N veces la frecuencia de repetición de pulso nominal de modo que cada una de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas se realiza con la frecuencia de repetición de pulso nominal.
    El método según la reivindicación 2, en el que generar imágenes de SAR comprende:
    • estimar valores de centroide Doppler basándose en datos sin procesar obtenidos de la totalidad de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas (bloque 63); y
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    • procesar los datos sin procesar obtenidos de cada una de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas usando los valores de centroide Doppler estimados y datos indicativos de una orientación respectiva de la única antena no dividida del radar de apertura sintética (20), obteniendo de ese modo N espectros, cada uno de los cuales está relacionado con una adquisición de SAR respectiva en modo de mapa de franjas realizada;
    • combinar en frecuencia los N espectros relacionados con las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas, obteniendo de ese modo un espectro final único que tiene un tamaño N veces el de cada uno de dichos N espectros (bloque 68); y
    • generar una imagen de SAR de un área de la zona explorada específica basándose en el espectro final (bloque 69).
    El método según la reivindicación 3, en el que procesar los datos sin procesar obtenidos de cada una de las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas incluye:
    • para cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas, aplicar una transformada de Fourier rápida a los datos sin procesar obtenidos de dicha adquisición de sAr, obteniendo de ese modo un espectro sin procesar respectivo (bloques 61 y 62);
    • para cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas, realizar filtrado y alineación de frecuencia del espectro sin procesar respectivo basándose en los valores de centroide Doppler estimados y datos indicativos de la orientación respectiva de la única antena no dividida del radar de apertura sintética (20), obteniendo de ese modo un espectro respectivo correctamente situado en frecuencia (bloques 64 y 65); y,
    • para cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas, aplicar una igualación de modulación de amplitud al espectro respectivo correctamente situado en frecuencia, obteniendo de ese modo un espectro igualado respectivo (bloques 66 y 67);
    y en el que combinar en frecuencia los N espectros relacionados con las N adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas incluye combinar en frecuencia los N espectros igualados (bloque 68).
    El método según la reivindicación 1, en el que las operaciones de transmisión y recepción de radar respectivas de cada adquisición de SAR realizada en modo de mapa de franjas están intercaladas en el tiempo, en grupos, con grupos de operaciones de transmisión y recepción de radar de las otras N-1 adquisiciones de SAR en modo de mapa de franjas realizadas;
    y en el que las operaciones de transmisión y recepción de radar se realizan con una frecuencia de repetición de funcionamiento comparable a la frecuencia de repetición de pulso nominal.
    El método según la reivindicación 5, en el que los grupos de operaciones de transmisión y recepción de radar de las N adquisiciones de SAR diferentes en modo de mapa de franjas están intercaladas en el tiempo según un patrón de intercalación periódica o aleatoria.
    Sistema de radar de apertura sintética (20) que:
    • comprende una única antena no dividida y un único receptor acoplado a dicha única antena no dividida; y
    • está configurado para realizar el método de obtención de imágenes de SAR reivindicado en cualquier reivindicación anterior.
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