METODO Y APARATO PARA LA DETECCION DE OBJETOS MOVILES MEDIANTE IMAGENES SAR.

Un método para la detección de objetos móviles (3) mediante imágenes SAR,

que comprende las etapas de:

• generación de una señal (PRF) de frecuencia de repetición de impulsos que se inicia con un señal de radar (Rp); y

• generación de una secuencia de imágenes SAR (IA, ISA) que se inicia con la señal (PRF) de la frecuencia de repetición de impulsos;

caracterizado porque la etapa de generación de una secuencia de imágenes SAR (IA, ISA) comprende la generación de imágenes (ISA) de acimut de baja resolución por los medios de la integración coherente de la señal (PRF) de frecuencia de repetición de impulsos para un tiempo de sub-apertura (TSA) más corto que un tiempo de apertura (TA);

y porque comprende las etapas de:

• generación de imágenes de diferencia (ID) a través de la diferencia de punto a punto entre las imágenes SAR (ISA) de acimut de baja resolución subsiguientes; y

• reconocimiento de los patrones (D; RP; RN) asociados a los objetos móviles (3) en las imágenes de diferencia (ID)

Método y aparato para la detección de objetos móviles mediante imágenes SAR.

La presente invención está relacionada con un método y un aparato para la detección de objetos móviles por medio de imágenes SAR (Radar de Apertura Sintética).

El radar SAR (Radar de Apertura Sintética) es un sistema de radar de transmisión de impulsos de microondas que puede ser transportado por un avión.

El uso de microondas habilita la adquisición de imágenes en cualquier momento, independientemente del tiempo climático o bien si es de día o de noche, e independientemente de las condiciones meteorológicas, y en consecuencia el SAR se utiliza ampliamente en la monitorización del medio ambiental en aplicaciones militares, en el mapeado geológico, y en otras aplicaciones.

La energía del impulso de radar, transmitido por una antena, es reflejada por la superficie del terreno en todas las direcciones, y parte de la misma es capturada por la misma antena transmisora. Esta señal, denominada en general como el "eco", es entonces procesada para generar una secuencia de imágenes. La secuencia de imágenes se obtiene por la integración de la señal de radar a través de un intervalo de tiempo dado, denominado también como el tiempo de observación.

La resolución de la imagen en la dirección de apuntamiento de la antena (dirección del alcance) depende exclusivamente del ancho de banda de los impulsos de microondas transmitidos. La resolución de la imagen en la perpendicular de la dirección con respecto a la dirección del apuntamiento de la antena (dirección de acimut o dirección del alcance transversal) depende del tiempo de observación, es decir, el tiempo de recepción de la señal del eco. Con el fin de obtener una imagen de alta resolución, son necesarios unos tiempos de observación muy largos, los cuales dependen en general de la distancia observada y de la velocidad de la plataforma del radar, y que puede ser incluso del orden de decenas de segundos. En consecuencia, el reconocimiento y localización de los posibles objetos móviles en la escena observada son muy imprecisos. De una forma similar a lo que ocurre en una cámara ordinaria, de hecho un objeto móvil da lugar a una "estela" en la imagen adquirida. Obviamente, la "estela" es más evidente cuando más largo sea el tiempo de observación y cuanto más rápido se mueva el objeto.

De acuerdo con un método de detección de los objetos en movimiento, expuesto en el documento US 2004/00323615, una secuencia de imágenes SAR de un solo vistazo se generan utilizando un sistema SAR de canal único. Los candidatos de los objetos móviles se detectan en cada imagen de una sola mirada, y en donde las características indicativas de los candidatos en las imágenes subsiguientes se correlacionan entonces para determinar los vectores de desplazamiento para los candidatos.

Otro método para la detección de los objetos móviles se expone en el documento GB 2228361.

El objeto de la presente invención es por tanto el poder proporcionar un método y un aparato para detectar los objetos en movimiento mediante imágenes SAR que sean capaces de sobrevencer los inconvenientes descritos de la técnica anterior, y al mismo tiempo que sean totalmente eficientes y fiables.

De acuerdo con la presente invención, el método y el aparato para detectar objetos en movimiento mediante imágenes SAR se proporcionan según lo definido en la reivindicación 1 y en la reivindicación 11, respectivamente.

Para una mejor comprensión de la invención, algunas realizaciones se describirán ahora solo a modo de un ejemplo no limitante, y con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

• la figura 1 muestra esquemáticamente un avión equipado con un aparato para detectar objetos móviles mediante imágenes SAR de acuerdo con la presente invención, y blancos de superficie en movimiento;

• la figura 2 muestra un diagrama de bloques simplificado del aparato de la figura 1;

• la figura 3 muestra un diagrama de bloques más detallado de una parte del aparato de la figura 2;

• la figura 4 muestra una representación esquemática de cantidades con respecto a la presente invención;

• la figura 5 muestra un diagrama de bloques más detallado de una parte del diagrama de bloques de la figura 2;

• la figura 6 es un diagrama de flujo de un procedimiento de un método de acuerdo con una realización de la presente invención;

• la figura 7 muestra una representación esquemática de cantidades con respecto al método de acuerdo con la presente invención; y

• la figura 8 es un diagrama de flujo de un procedimiento de un método de acuerdo con una realización diferente de la presente invención.

La figura 1 muestra, a modo de ejemplo, un avión 1, el cual está moviéndose en una dirección A predeterminada con una velocidad rightarrowV_A, y que está equipado con un aparato 2 de radar de apertura sintética (SAR) de acuerdo con la presente invención. La figura 1 además ilustra objetos moviéndose en una porción de la superficie de la Tierra iluminada por el aparato 2 de imágenes SAR.

Tal como se muestra en la figura 2, el aparato SAR comprende el transceptor 2a de radar de un único canal, provisto con una unidad de procesamiento 4. El dispositivo 2 genera imágenes SAR de dos dimensiones en coordenadas de distancia y acimut (o alcance transversal), y además reconoce y localiza objetos que se desplazan en la escena que se está observando, tal como por ejemplo los blancos 3 de la superficie. Las imágenes SAR son imágenes en un formato numérico, definidas por un matriz de puntos o píxeles, en donde cada uno de los cuales tiene un valor respectivo, indicando la reflectividad de una porción correspondiente de la superficie del terreno observado.

La figura 3 muestra la unidad de procesamiento 4 que implementa el método de acuerdo con la presente invención. En particular, la unidad de procesamiento 4 comprende un modulo 5 de generación de imágenes y un módulo detector 6, el cual opera en paralelo. El módulo 5 de generación de imágenes está configurado para suministrar, comenzando por desde la señal R_P de radar, una secuencia de imágenes I_A de alta resolución, dada por la apertura T_A de una forma conocida.

En detalle, el módulo 5 de generación de imágenes comprende, en conexión en cascada entre sí, un convertidor analógico-digital 7, y un muestreador 8 en fase y cuadratura, un módulo 9 de filtrado y decimación, y un modulo 10 de procesamiento rápido que opera en el dominio del tiempo, el cual forma una línea 5a de pre-procesamiento. El módulo 5 de generación de imágenes comprende además un módulo 11 de generación de imágenes, dispuesto en la zona de aguas debajo de la línea 5a de pre-procesamiento. El convertidor 7 analógico-digital recibe en la entrada la señal R_P de radar, capturada por el transceptor 2a de radar, y la convierte en un formato numérico. El muestreador 8 en fase y en cuadratura extrae un señal en fase I y una señal Q en cuadratura a partir de la señal R_P de radar digitalizada, y las suministra al modulo 9 de filtrado y decimación. El módulo 10 de procesamiento rápido opera en el dominio rápido del tiempo (es decir, en el dominio del tiempo asociado con el procesamiento en la dirección del alcance) y, de una forma conocida, suministra una señal PRF de repetición de impulsos que se inicia a partir de la señal en fase I y de la señal Q en cuadratura, que se filtran y se realiza el decimado.

En particular, el modulo 10 de procesamiento rápido está configurado para llevar a cabo un procedimiento para compensar el movimiento del aparato 2 del SAR (es decir, el avión 1) con respecto a la porción de la superficie iluminada del terreno. Finalmente, el modulo 11 de generación de las imágenes produce una secuencia de imágenes I_A de alta resolución de dos dimensiones, mediante la integración coherente de la señal PRF de la frecuencia de repetición de impulsos.

Con un mayor detalle, las imágenes I_A de alta resolución presentan una resolución en la dirección del alcance o resolución de la distancia R_A que son substancialmente las mismas entre sí. De ahora en adelante, la denominación de "dirección de la distancia D_R" significa una dirección que es radial con respecto al transceptor de radar 2a, y la denominación de "dirección de acimut D_A (o distancia transversal)" significa una dirección...

1. Un método para la detección de objetos móviles (3) mediante imágenes SAR, que comprende las etapas de:

caracterizado porque la etapa de generación de una secuencia de imágenes SAR (I_A, I_SA) comprende la generación de imágenes (I_SA) de acimut de baja resolución por los medios de la integración coherente de la señal (PRF) de frecuencia de repetición de impulsos para un tiempo de sub-apertura (T_SA) más corto que un tiempo de apertura (T_A);

y porque comprende las etapas de:

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los patrones (D; RP, RN) están definidos por formas de onda que comprenden una primera región (19; RP), en donde los valores de la forma de onda tienen un primer signo, y una segunda región (20; RN), en donde los valores de la forma de onda tienen un segundo signo opuesto al primer signo, y en donde las características morfológicas predeterminadas de la primera región (19; RP) y de la segunda región (29; RN son las mismas, excepto para una tolerancia predeterminada.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde los patrones (D) comprenden un primer pico (21) y un segundo pico (22) que tienen substancialmente la misma amplitud y signo opuesto, en donde el segundo pico (22) está situado en una proximidad ? predeterminada del primer pico (21).

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende la etapa de estimación de una velocidad (V_M) de un objeto móvil (3) correspondiente a un patrón reconocido (D) sobre la base de una primera posición (P₁) del primer pico (21) del patrón reconocido (D) de una segunda posición (P₂) del patrón reconocido (D), y del tiempo de sub-apertura (T_SA).

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa de los patrones reconocidos (RP; RN) comprende la identificación de las regiones (RP) positivas dobles y las regiones negativas (RN) de la imagen de diferencia (I_D).

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la etapa de identificación de las regiones positivas dobles (RP) y las regiones negativas (RN) comprende:

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la etapa de aplicación (31) de un filtro de umbral (TH) comprende la asociación de un umbral respectivo (TH) a cada valor de pico (PV) y en donde cada umbral (TH) es igual a una fracción predeterminada del valor de pico asociado (PV).

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-7, que comprende la etapa de comparar las regiones positivas (RP) con las regiones negativas (RN).

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de llevar a cabo un procedimiento de validación de los patrones (D; RP, RN) reconocido en cada imagen de diferencia (I_D).

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la etapa de llevar a cabo un procedimiento de validación comprende el seguimiento de los patrones reconocidos (D; RP, RN) en un numero predeterminado de imágenes de diferencia consecutivas (I_D).

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la etapa de seguimiento de los patrones reconocidos (D; RP, RN) comprende la búsqueda, en el numero predeterminado de imágenes (I_D) consecutivas, para la serie de patrones reconocidos (D; RP, RN) compatibles con el movimiento de un objeto que tenga la velocidad (V_M) estimada sobre la base de cada patrón (D; RP, RN) de la serie.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tiempo de sub-apertura (T_SA) es aproximadamente 0,25 segundos.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa de generación de las imágenes de diferencia (I_D) comprende la realización de una diferencia de punto a punto entre dos imágenes SAR (I_SA) de acimut de baja resolución consecutivas.

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de irradiar y recibir la señal de radar (R_P) mediante un dispositivo transceptor (2a) de radar de un único canal.

15. Un aparato para la detección de objetos móviles (3) mediante imágenes SAR, que comprende:

caracterizado porque comprende:

16. El aparato de acuerdo con la reivindicación 15, en donde los patrones (D; RP, RN) se definen por formas de onda que comprenden individualmente una primera región (19; RP), en donde los valores de la forma de onda tienen un primer signo, y una segunda región (20, RN), en donde los valores de la forma de onda tienen un segundo signo opuesto al primer signo, y en donde las características morfológicas predeterminadas de la primera región (19; RP) y de la segunda región (29; RN) son las mismas, excepto para una tolerancia predeterminada.

17. El aparato de acuerdo con la reivindicación 16, en donde los patrones (D) comprenden un prime pico (12) y un segundo pico (22) teniendo substancialmente la misma amplitud y un signo opuesto, en donde el segundo pico (22) está situado en una proximidad predeterminada (?) del primer pico (21).

18. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15-17, que comprende un modulo de validación (15), configurado para llevar a cabo un procedimiento de validación de los patrones (D; RP, RN) reconocidos en cada imagen de diferencia (I_D).

19. El aparato de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el modulo de validación (15) está configurado para el seguimiento de los patrones reconocidos (D; RP, RN) en un numero predeterminado de imágenes de diferencia consecutivas (I_D).

20. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15-19, en donde el módulo (13) de diferencia de imágenes está configurado para llevar a cabo una diferencia de punto a punto entre dos imágenes SAR (I_SA) de acimut de baja resolución.

21. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15-20, en donde el dispositivo (2a) transceptor de radar es del tipo de un único canal.