PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE EVALUACION DEL DESFASE PERTURBADOR DE LAS SEÑALES DE UN RADAR DE SINTESIS DE APERTURA Y APLICACIONES.

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO Y UN PROCEDIMIENTO DE EVALUACION DEL DESFASE PERTURBADOR DE SEÑALES DE RADAR DE SINTESIS DE ABERTURA.

SEGUN LA INVENCION, DICHO DISPOSITIVO CONSTA DE: - PRIMEROS SISTEMAS (2) PARA CALCULAR LA DESVIACION TIPO DEL ESPECTRO DE POTENCIA DE LAS SEÑALES DE RADAR; - SEGUNDOS SISTEMAS (4) PARA CALCULAR LA POTENCIA MEDIA DE DICHAS SEÑALES DE RADAR; - TERCEROS SISTEMAS (5) PARA CALCULAR, A PARTIR DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS POR LOS PRIMEROS Y SEGUNDOS SISTEMAS (2, 4), EL CONTRASTE DE UNA IMAGEN DE RADAR, PARA DETERMINAR EL MAXIMO DE DICHO CONTRASTE Y PARA DEDUCIR UN GRADIENTE DOPPLER OPTIMO, REPRESENTATIVO DEL DESFASE PERTURBADOR

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E98400261.

Solicitante: AEROSPATIALE SOCIETE NATIONALE INDUSTRIELLE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 37 BOULEVARD DE MONTMORENCY,75016 PARIS.

Inventor/es: PEYREGNE, REMI.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 6 de Febrero de 1998.

Fecha Concesión Europea: 27 de Enero de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01S13/90 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 13/00 Sistemas que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas de radio, p. ej. sistemas de radar; Sistemas análogos que utilizan la reflexión o la rerradiación de ondas cuya naturaleza o longitud de onda sea irrelevante o no especificada. › que utilizan técnicas de apertura sintética.
  • G01S7/40 G01S […] › G01S 7/00 Detalles de sistemas según los grupos G01S 13/00, G01S 15/00, G01S 17/00. › Medios para monitorización o calibración.

Clasificación PCT:

  • G01S13/90 G01S 13/00 […] › que utilizan técnicas de apertura sintética.

Clasificación antigua:

  • G01S13/90 G01S 13/00 […] › que utilizan técnicas de apertura sintética.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Mónaco, Irlanda, Finlandia.


Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo de evaluación del desfase perturbador de las señales de un radar de síntesis de apertura y aplicaciones.

La presente invención se refiere a un procedimiento de evaluación del desfase perturbador de las señales de radar de un radar de síntesis de apertura y a un dispositivo para la puesta en práctica de este procedimiento, así como a aplicaciones del citado procedimiento.

Se sabe que la observación de la tierra con la ayuda de radares de síntesis de apertura embarcados en una aeronave es la fuente de un número elevado de aplicaciones, tanto en el dominio civil (agricultura, geología, oceanografía,...) como en el dominio militar (observación de un campo de batalla, ajuste de la ruta de navegación de un misil,...).

Tal radar de síntesis de apertura presenta ventajas muy numerosas, particularmente para realizar una cartografía de un terreno sobrevolado, que explican el gran interés y el importante desarrollo de este tipo de radar, en particular:

- puede ser utilizado en todo momento;

- permite elaborar imágenes de muy alta resolución;

- presenta un volumen reducido; y

- sus tratamientos son poco dependientes de la distancia de observación.

De manera conocida, tal radar de síntesis de apertura comprende medios para realizar sucesivamente las operaciones siguientes:

- emitir una radiación electromagnética en dirección a un territorio observado y sobrevolado por la aeronave portadora del citado radar;

- detectar una señal correspondiente a la citada radiación electromagnética enviada por el citado territorio sobrevolado y observado;

- efectuar un tratamiento de determinación de distancia, a partir de la citada señal detectada;

- efectuar un tratamiento de focalización destinado a corregir un desfase perturbador existente en la citada señal detectada y debido principalmente al desplazamiento del citado radar de síntesis de apertura de manera que se obtenga una señal corregida;

- efectuar un tratamiento de determinación de frecuencia a partir de la citada señal corregida; y

- efectuar un tratamiento de transposición destinado a transponer, en una marca de referencia ligada al citado territorio observado, los resultados obtenidos a partir de las operaciones precedentes y definidas en una marca de distancia y de frecuencia ligada al radar, de manera que se forme una imagen de radar definida en la citada marca de referencia ligada al territorio observado.

Sin embargo, tal radar de síntesis de apertura presenta el inconveniente de que algunas de las operaciones citadas precedentemente, particularmente el tratamiento de focalización, necesitan para su puesta en práctica datos de navegación muy precisos, relativos a la aeronave portadora del citado radar.

Estos datos de navegación son generalmente determinados por equipos auxiliares de navegación embarcados en la aeronave. También, para tener un buen rendimiento, la puesta en práctica del citado radar de síntesis de apertura impone pesadas restricciones sobre la precisión de los citados equipos auxiliares, lo que conlleva consecuencias negativas en cuanto al coste, a la masa y al volumen de estos últimos.

Para remediar este inconveniente, se conocen medios que permiten compensar los errores debidos a los movimientos de la aeronave portadora del radar, y que son particularmente susceptibles de determinar el citado desfase perturbador, sin utilizar los citados equipos auxiliares, analizando simplemente la señal de radar detectada.

Estos medios conocidos ponen en práctica soluciones complejas de tratamiento de señales que permiten determinar un gradiente Doppler representativo del citado desfase perturbador.

Una primera solución conocida, divulgada por la solicitud de patente francesa nº 95 14555 depositada el 8 de diciembre de 1995 por la solicitante, propone medir el desfase en frecuencia entre dos imágenes de radar y determinar directamente el citado gradiente Doppler a partir de este desfase en frecuencia medio. Esta primera solución, que permite un tratamiento rápido, es no obstante poco robusta.

Una segunda solución conocida consiste en engendrar una pluralidad de imágenes de radar y en seleccionar la imagen óptima en lo que se refiere al contraste, lo que permite deducir el gradiente Doppler.

Esta segunda solución, aunque simple y robusta, necesita una carga de cálculo elevada. También, para disminuir un poco esta carga de cálculo, se efectúa generalmente el cálculo de manera iterativa, en detrimento de la robustez de la solución (aparición de problemas de inicialización y de convergencia hacia los máximos locales del contraste, reducido control de la carga de cálculo,...).

Por otra parte, por el documento US-A-5 394 151, se conocen un aparato y un método para producir imágenes de radar en tres dimensiones. Para ello, se ha previsto utilizar señales de retorno de objetivo, que son generadas por un radar de síntesis de apertura de un vehículo que se desplaza a lo largo de un trayecto que es curvilíneo con respecto al objetivo.

Además, por el documento WO-88/10434 A, se conoce un radar de síntesis de apertura particular, que está formado de manera que se pueden corregir errores de imagen debidos a una trayectoria de vuelo que no es suficientemente rectilínea.

La presente invención tiene por objeto remediar los inconvenientes citados anteriormente. Se refiere a un procedimiento de realización rápida y robusta, que permite evaluar el desfase perturbador de las señales de radar de un radar de síntesis de apertura, sin utilizar informaciones relativas al movimiento de la aeronave portadora del citado radar.

A este efecto, de acuerdo con la invención, el citado procedimiento es notable porque:

- se efectúan una pluralidad de operaciones complejas en cada una de las cuales:

A/ se miden N señales de radar sucesivas, siendo N un número entero predefinido, siendo las citadas señales de radar señales complejas definidas en el dominio temporal;

B/ se repiten N/(2K) veces las operaciones siguientes, variando i de 1 a N/(2K), siendo K un entero predefinido inferior a N/2:

a) a partir de las N señales de radar sucesivas medidas, se calcula el producto conjugado de las citadas señales de radar iniciales y las citadas señales de radar desfasadas it, siendo t una variable temporal;
ß) se calcula el doble del cuadrado de la transformada de Fourier del citado producto conjugado;
?) se realiza una transposición de manera que se haga depender de un gradiente Doppler µ el citado doble del cuadrado de la transformada de Fourier del citado producto conjugado, calculado en la etapa ß) y dependiente de la frecuencia f, y ello reemplazando la frecuencia f por la expresión (µ.i.t), siendo t una variable temporal;

C/ para los valores de µ, se calcula la raíz cuadrada de la suma de los resultados obtenidos en la etapa ?) para las N/(2K) variaciones de i, de manera que se obtenga la desviación-tipo del espectro de potencia s de las señales de radar;

D/ a partir de las señales de radar medidas en la etapa A/, se determina la potencia media m de las citadas señales;

E/ a partir de la citada desviación-tipo del espectro de potencia s y de la citada potencia media m, se calcula el contraste ? a partir de la relación ?=(s/m); y

- a partir de la pluralidad de valores de contraste así calculados, se determina el máximo del citado contraste, de manera que se ponga en evidencia un gradiente Doppler óptimo µo, a partir del cual se evalúa el citado desfase perturbador, con la ayuda de la expresión exp(jpµot2) que representa el citado desfase perturbador.

Así, gracias a la invención, se evalúa el citado desfase perturbador directamente a partir de las señales de radar detectadas, por consiguiente sin utilizar informaciones proporcionadas por equipos auxiliares de navegación.

Además, el citado procedimiento que preconiza una optimización del contraste permite una realización rápida y robusta. Además, al contrario de la segunda solución conocida citada anteriormente que preconiza igualmente una optimización del contraste, el procedimiento de acuerdo con la invención se libera de cualquier planteamiento iterativo, lo que es por supuesto ventajoso para la velocidad de puesta en práctica y la robustez (no hay problemas de inicialización o de convergencia hacia máximos locales del contraste,...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de evaluación del desfase perturbador de las señales de radar de un radar de síntesis de apertura, caracterizado por que:

- se efectúan una pluralidad de operaciones complejas en cada una de las cuales:

A/ se miden N señales de radar sucesivas, siendo N un número entero predefinido, estando las citadas señales de radar definidas en el dominio del tiempo;

B/ se repiten N/(2K) veces las operaciones siguientes, variando i de 1 a N/(2K), siendo K un entero predefinido inferior a N/2:

a) a partir de las N señales de radar sucesivas medidas, se calcula el producto conjugado de las citadas señales de radar iniciales y las citadas señales de radar desfasadas it, siendo t una variable temporal;
ß) se calcula el doble del cuadrado de la transformada de Fourier del citado producto conjugado;
G) se realiza una transposición de manera que se hace depender de un gradiente Doppler µ el citado doble del cuadrado de la transformada de Fourier del citado producto conjugado, calculado en la etapa ß) y dependiente de la frecuencia f, y ello reemplazando la frecuencia f por la expresión (µ, i, t), siendo t una variable temporal;

C/ para los valores de µ, se calcula la raíz cuadrada de la suma de los resultados obtenidos en la etapa ?) para las N/(2K) variaciones de i, de manera que se obtiene la desviación-tipo del espectro de potencia s de las señales de radar;

D/ a partir de las señales de radar medidas en la etapa A/, se determina la potencia media m de las citadas señales;

E/ a partir de la citada desviación-tipo del espectro de potencia s y de la citada potencia media m, se calcula el contraste ? a partir de la relación ?=(s/m); y

- a partir de la pluralidad de valores de contraste así calculados, se determina el máximo del citado contraste, de manera que se pone en evidencia un gradiente Doppler óptimo µo, a partir del cual se evalúa el citado desfase perturbador, con la ayuda de la expresión exp(jpµot2) que representa el citado desfase perturbador.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el citado entero K es superior o igual a 10.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que en la etapa D/, la potencia media m se calcula a partir de la expresión:


siendo las señales sj las señales de radar medidas en la etapa A/.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el máximo del contraste se determina por medio de la citada pluralidad de los valores de contraste calculados.

5. Dispositivo de evaluación del desfase perturbador de las señales de radar de un radar de síntesis de apertura, caracterizado por que comprende:

- primeros medios (2) para calcular la desviación-tipo del espectro de potencia de las N señales de radar sucesivas medidas, comprendiendo los citados primeros medios (2) elementos de cálculo (9 a 12) que realizan N/(2K) veces operaciones a partir de señales de radar, variando i de 1 a N/(2K) y siendo K un número entero predefinido inferior a N/2, siendo N un número entero predefinido, comprendiendo los primeros medios (2):

- un elemento de cálculo (9) que calcula el producto conjugado de las señales iniciales y de las señales de radar desfasadas it, siendo t una variable temporal;

- un elemento de cálculo (10) que calcula la transformada de Fourier del citado producto conjugado;

- un elemento de cálculo (11) que calcula el doble del cuadrado de la citada transformada de Fourier; y

- un elemento de cálculo (12) que realiza una transposición de manera que se hace depender de un gradiente Doppler µ el citado doble del cuadrado de la citada transformada de Fourier, que depende de la frecuencia f, reemplazando la frecuencia f por la expresión (µ, i, t), siendo t una variable temporal, comprendiendo los citados primeros medios (2) además un elemento de cálculo (17) que calcula, para los valores de µ, la raíz cuadrada de la suma de los diferentes resultados obtenidos para las N/(2K) variaciones de i de manera que se forma la citada desviación-tipo del espectro de potencia s;

- segundos medios (4) para calcular la potencia media de las citadas señales de radar recibidas; y

- terceros medios (5)unidos a los citados medios primeros y segundos (2, 4), para calcular, a partir de los resultados obtenidos de los citados medios primeros y segundos (2, 4), contrastes, con la ayuda de la relación ?=(s/m), y para determinar, a partir de la pluralidad de valores de contraste así calculados, el máximo del citado contraste de manera que se pone en evidencia un gradiente Doppler óptimo µo, a partir del cual se evalúa el citado desfase perturbador, con la ayuda de la expresión exp(jpµot2) que representa el citado desfase perturbador.

6. Radar de síntesis de apertura embarcado a bordo de una aeronave y que comprende:

- medios (23) para emitir una radiación electromagnética (S1) en dirección a un territorio observado y sobrevolado por la citada aeronave;

- medios (23) para detectar una señal (S2) correspondiente a la citada radiación electromagnética enviada por el citado territorio observado y sobrevolado;

- medios (24) para efectuar un tratamiento de determinación de distancia, a partir de la citada señal detectada (S2);

- medios de focalización (26) destinados a corregir un desfase perturbador existente en la citada señal detectada y debido principalmente al desplazamiento del citado radar de síntesis de apertura de manera que se obtiene una señal corregida;

- medios (28) para efectuar un tratamiento de determinación de frecuencia, a partir de la citada señal corregida; y

- medios de transposición (30) destinados a transponer, en una marca de referencia ligada al citado territorio observado, los resultados obtenidos a partir de las operaciones precedentes y definidos en una marca de distancia y de frecuencia ligada al radar, de manera que se forma una imagen de radar definida en la citada marca de referencia ligada al territorio observado,

caracterizado por que comprende, además, el dispositivo (1) especificado bajo la reivindicación 5 que comprende una conexión (3) de entrada que está ligada a la conexión (27) que conecta los medios de focalización (26) a los medios (24) para efectuar un tratamiento de determinación de distancia, y una conexión (8) de salida que está conectada a los medios de focalización (26), y porque los citados medios de focalización (26) utilizan informaciones transmitidas por el citado dispositivo (1).

7. Radar de síntesis de apertura de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que, para determinar el citado desfase perturbador, los citados medios de focalización (26) utilizan únicamente informaciones transmitidas por el citado dispositivo (1).

8. Radar de síntesis de apertura de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que los citados medios de transposición (30) utilizan informaciones transmitidas por el citado dispositivo (1).

9. Dispositivo para determinar informaciones cinemáticas de una aeronave portadora de un radar de síntesis de apertura, comprendiendo el citado dispositivo (D2):

- primeros medios de cálculo (1) para determinar el gradiente Doppler del desfase perturbador de las señales de radar detectadas por el citado radar de síntesis de apertura; y

- segundos medios de cálculo (34) para deducir del citado gradiente Doppler las citadas informaciones cinemáticas,

caracterizado por que los citados medios de cálculo (1) están realizados en forma del dispositivo (1) especificado en la reivindicación 5.


 

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