PROCEDIMIENTO PARA MEDIR LA VELOCIDAD RADIAL DE UN OBJETIVO CON UN RADAR DOPPLER.

Un procedimiento para medir la velocidad radial de un objetivo con un radar,

que comprende los siguientes pasos: -un paso de transmitir una forma de onda p del tipo ortogonal Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal, OFDM, que comprende N portadoras de frecuencia transmitidas simultáneamente, en la que m = 0, 1, ... N-1 y N , teniendo la frecuencia de las portadoras una fase inicial y estando codificada con el fin de mejorar la respuesta Doppler, comprendiendo la forma de onda p los elementos de OFDM y los intervalos de tiempo de guarda que se transmiten sucesivamente para formar una transmisión de onda continua, siendo más larga la duración Tcyc de los intervalos de tiempo de guarda que **(Ver fórmula)**en la que c es la velocidad de la luz, que es el tiempo necesario para que la forma de onda p se refleje desde un alcance de interés máxima Rmax; -un paso de recibir la forma de onda retornada por eco desde el objetivo, en el que: la fase inicial de cada portadora de frecuencia se recupera a partir de la forma de onda retornada por eco; la fase inicial recuperada de cada frecuencia portadora pm se desplaza cíclicamente con el fin de compensar el efecto Doppler; la fase inicial m recuperada de cada frecuencia portadora pm se descodifica; se sintetiza un impulsos comprimido a partir de las fases iniciales descodificadas

La invención se encuentra en el campo del radar y técnicas similares de medida de alcance, que detectan objetivos remotos y determinan parámetros de los objetivos, tales como el alcance y la velocidad radial. La invención se refiere a la estructura de la señal y a la técnica de proceso asociada que calcula el alcance del objetivo y la velocidad radial.

Los sistemas de detección determinan los parámetros de los objetivos tales como el alcance y la velocidad radial, transmitiendo una forma de onda y comparando, por medio de diversos procedimientos de proceso, la forma de onda transmitida y la señal recibida que es retornada por eco desde el objetivo. El alcance del objetivo se determina por medio de la medición del tiempo de llegada del eco y la velocidad radial se mide por medio del efecto Doppler, que es producido por la señal retornada por eco de un objetivo con una velocidad radial distinta de cero. El efecto Doppler se manifiesta como un desplazamiento en la frecuencia de los radares de portadora única cuando la aproximación de la señal de banda estrecha es válida. Para medir el efecto Doppler, la fase del eco recibido se compara con la fase de la señal transmitida. La técnica utilizada para medir el desplazamiento de frecuencia depende de la forma de onda del radar.

Los atributos importantes de un sistema de radar, entre otros, son resolución del alcance y de la velocidad radial y la ambigüedad. La resolución es el parámetro mínimo de separación entre los dos objetivos de manera que sean identificados por el sistema de radar como objetivos distintos. La ambigüedad es el caso en el que el valor del parámetro de forma de onda medida puede corresponder a más de un valor del parámetro de objetivo. Con la elección de la forma de onda y de la técnica de proceso que determinan la resolución y la ambigüedad, el objetivo es medir los parámetros de objetivo no ambigua para un alcance máximo determinado y velocidad, con alta resolución.

La tendencia actual en los sistemas de radar es formar redes de radares para mejorar el rendimiento del sistema por medio de la fusión de datos. Tales redes se deben llevar a cabo por medio de un sistema de comunicación que sea independiente de la infraestructura de comunicación comercial por requisitos de fiabilidad. La comunicación inalámbrica es preferible por la misma razón. La integración de la comunicación en la señal de radar se considera como una solución que permite el doble uso del transmisor de radar, con una mayor seguridad de las comunicaciones.

En los radares pulsantes Doppler, la ambigüedad en la velocidad radial se resuelve mediante la variación de la frecuencia de repetición de impulsos (PRF) o de la frecuencia portadora (RF) de ráfaga a ráfaga. La velocidad radial máxima no ambigua está relacionada con la frecuencia de repetición de impulsos y con la frecuencia portadora por medio de la ecuación

**(Ver fórmula)**

en la que fp es la frecuencia de repetición de impulsos y λ es la longitud de onda portadora. La variación de cualquiera de las dos produce una velocidad ambigua máxima diferente.

La velocidad obtenida por el proceso de Doppler se puede escribir como

**(Ver fórmula)**

en la que v es la velocidad real, v0 es la velocidad medida que es menor que la velocidad no ambigua máxima, y n es un número entero. Cuando se obtienen dos velocidades no ambiguas máximas diferentes como consecuencia de variar la PRF o la RF, la velocidad real puede ser determinada por medio de la ecuación anterior.

La elección de la PRF también afecta la ambigüedad de alcance. El alcance no ambiguo máximo que pueden ser medido con la PRF dada es

**(Ver fórmula)**

De manera similar a la ambigüedad Doppler, la medición de alcance que se obtiene del proceso de alcance se puede escribir como

**(Ver fórmula)**

en la que R es el alcance real, R0 es el alcance medido, que es menor que el alcance no ambiguo máximo, y n es un número entero.

Los radares pulsantes tienen una capacidad de potencia de transmisión limitada debido al bajo ciclo de trabajo que se requiere para la medición de alcance no ambigua y de alta resolución. Las técnicas de compresión de impulsos aumentan la potencia media transmitida repartiendo la energía de los impulsos sobre una porción más larga del período de impulsos. Una de las técnicas de compresión de impulsos es la codificación de fases de la forma de onda transmitida, en la que los códigos de fase se pueden disponer para producir perfiles favorables con lóbulos laterales de alcance inferiores. El alcance es medido por la correlación de la forma de onda codificada de fase transmitida con el eco recibido. Los picos de correlación corresponden a la localización de los reflectores significativos, y la variación de fase de los picos de correlación de impulso a impulso se utiliza para medir la velocidad radial de los reflectores.

Otra técnica de compresión de impulsos es transmitir un impulso modulado en frecuencia que barre una banda de frecuencias durante la duración del impulso. A medida que la frecuencia de batido, que se produce por mezclar la réplica de la señal transmitida y el eco recibido, está gobernada tanto por el retardo como el desplazamiento de frecuencia debido a la velocidad radial del objetivo, las mediciones de alcance y de velocidad radial se acoplan una con la otra en forma de radar pulsante lineal FM. La ambigüedad de la velocidad radial persiste, puesto que la variación de fase de los picos de correlación de impulso a impulso se utiliza para medir la velocidad radial de los reflectores como en el radar pulsante codificado en fase.

Los radares de onda continua (CW) puede tener señales codificadas en fase o moduladas en frecuencia, de forma similar a los radares pulsantes. Matemáticamente, la señal de radar de CW se puede considerar como un tren de impulsos compuesto de impulsos con un ciclo de trabajo del 100%. Las mismas técnicas de medición de compresión de impulsos y de Doppler se aplican al radar de CW.

La patente norteamericana número 6392588 desvela la señal de radar portadoras múltiples poniendo el énfasis en la reducción de los lóbulos laterales de alcance y pico bajo con respecto a la relación de potencia de envoltura media, que es proporcionada por el uso de secuencias de fase específicas para modular las portadoras. Las secuencias de fase propuestas en la patente, que se denomina señal de Fase de Multifrecuencia Complementaria Codificada (MCPC) está basada en la modulación de M sub -portadoras por secuencias de longitud M que forman un conjunto complementario. Los lóbulos laterales de alcance se controlan por medio de coeficientes de ponderación de frecuencia y por el uso de impulsos adicionales de manera que las secuencias a lo largo de la portadora constituyen un conjunto complementario en el tiempo.

La tolerancia Doppler de la señal del radar portadoras múltiples es examinada en el artículo: G. E. A. Franken, H. Nikookar, P van Genderen, "Tolerancia Doppler de OFDM de las Señales de Radar codificadas por OFMD", Proc. 3ª Conferencia Europea de Radar, septiembre 2006, Manchester, Reino Unido. La degradación de la ganancia de compresión de impulsos para la forma de onda de OFDM se demuestra en el artículo, con la propuesta de un banco de filtros Doppler, las respuestas de los cuales se cruzan con una pérdida de compresión de 1 dB. Se propone que se construya el banco de filtros mediante el uso de señales de referencia en el filtro de compresión que son desplazadas en frecuencia para obtener la respuesta que se ha explicado más arriba.

El uso doble de la OFDM como la forma de onda del radar y para las comunicaciones es examinado en el artículo: D. Garmatyuk, J. Schuerger, T. Y. Morton, K. Binns, M. Durbin, J. Kimani "Estudio de Viabilidad de un Sistema de Radar de Formación de Imágenes y Comunicaciones con una Multi-Portadora de Doble Uso", en Proc. 4ª Conferencia Europea de Radar, 2007, páginas.194 -197. La inspección considera la formación de imágenes SAR con forma de onda de OFDM y las comunicaciones por medio de OFDM, por separado.

La patente norteamericana número 6720909 desvela la técnica de proceso para una forma de onda de radar pulsante Doppler de portadora única. La técnica resuelve la ambigüedad de Doppler y de alcance por escalonamiento de las posiciones de impulsos. El escalonamiento permite la resolución de la ambigüedad de alcance causada al ser el intervalo de impulsos más corto que el alcance máximo de...

Reivindicaciones

1. Un procedimiento para medir la velocidad radial de un objetivo con un radar, que compren

de los siguientes pasos: -un paso de transmitir una forma de onda p del tipo ortogonal Multiplexado por División de Frecuencia Ortogonal, OFDM, que comprende N portadoras de frecuencia transmitidas simultáneamente, en la que m = 0, 1, ... N-1 y N ≥ 2, teniendo la frecuencia de las portadoras una fase inicial φm y estando codificada con el fin de mejorar la respuesta Doppler, comprendiendo la forma de onda p los elementos de OFDM y los intervalos de tiempo de guarda que se transmiten sucesivamente para formar una transmisión de onda continua, siendo más larga la duración Tcyc de los intervalos de tiempo de guarda

que

**(Ver fórmula)**

○ la fase inicial φm de cada portadora de frecuencia se recupera a partir de la forma de onda retornada por eco;

○ la fase inicial φm recuperada de cada frecuencia portadora pm se desplaza cíclicamente con el fin de compensar el efecto Doppler;

○ la fase inicial φm recuperada de cada frecuencia portadora pm se descodifica;

○ se sintetiza un impulsos comprimido a partir de las fases iniciales descodificadas.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque: -la fase inicial φm de cada portadora de frecuencia pm se recupera de la forma de onda retornada por eco en virtud de un algoritmo de Transformada Rápida de Fourier, que comprende multiplicar un vector s que contiene muestras de la forma de onda retornada por eco de una matriz de la Transformada Discreta de Fourier -la fase inicial recuperada φm de cada portadora de frecuencia pm es desplazada cíclicamente por un proceso, que comprende multiplicar el resultado del algoritmo anterior por una matriz C-1, representando la matriz C el desplazamiento de la portadora de frecuencia debido al efecto Doppler; -la fase inicial recuperada φm cada portadora de frecuencia pm es descodificada por un proceso, que comprende multiplicar el resultado del proceso anterior por una matriz P =diag {φ *} en la que ϕT=[φ0 φ1 φ2 ... φN-1] y [ ]T es el transpuesto y