PROCEDIMIENTO DE FILTRADO DE LAS SEÑALES DE INTERFERENCIA PARA UNA ANTENA MOVIL MULTICANAL.

Procedimiento de filtrado de las señales de interferencia para una antena móvil multicanal,

que se caracteriza porque consta de: - una fase (10) de división en bloques temporales de las señales recibidas en cada uno de los canales, siendo la duración de los bloques tal que la dirección (u) según la cual se recibe la señal por los diferentes canales pueda considerarse como constante dentro de un bloque temporal; - una fase (11) de división de los bloques temporales en sub-bandas de frecuencia, siendo las sub-bandas frecuenciales lo suficientemente estrechas como para que las distorsiones diferenciales entre los canales sean irrelevantes dentro de una banda; - una fase (12) de cálculo de la matriz de autocorrelación del ruido en cada una de las sub-bandas de frecuencia; - una fase (13) de cálculo de la ganancia de cada canal en las direcciones (u) que corresponden a una división en zonas de la escena observada con un paso angular (Δθ), estando cada zona asociada a una dirección (u) constante en cada uno de los bloques temporales y de las sub-bandas frecuenciales; - una fase (14) de filtrado por combinación lineal de las señales recibidas en los diferentes canales en cada una de las zonas, para cada uno de los bloques temporales y cada una de las sub-bandas de frecuencia, cada combinación lineal dependiendo de la matriz de autocorrelación del ruido limpio en la sub-banda de frecuencia considerada y que depende de los valores de ganancias de los canales en la dirección correspondiente a la zona considerada, cada combinación lineal permitiendo anular el componente de interferencia en la dirección (u) correspondiente a la zona considerada

La presente invención se refiere a un procedimiento de filtrado de las señales de interferencia para una antena móvil multicanal. Esta se aplica, por ejemplo, en el ámbito de las imágenes SAR.

Embarcado a bordo de una aeronave, un radar que funciona en modo SAR, de acuerdo 5 con la expresión anglosajona «Synthetic Aperture Radar», suministra una imagen bidimensional de la superficie que muestra claramente la configuración de las instalaciones. La forma de onda SAR es una forma de onda coherente adaptada a la recepción de las señales retro dispersadas por la superficie. La imagen final refleja la potencia retro dispersada, la cual depende del tipo del terreno. Es de hecho una cartografía del coeficiente de retro difusión 10 electromagnética de la superficie. Para construir la imagen final, se asocia una escala de potencia a una paleta de color, generalmente del negro al blanco pasando por todos los matices de gris o de verde por ejemplo, correspondiendo un matiz de color a un nivel de potencia. Por ejemplo, una señal reflejada por el asfalto se devuelve con poca potencia y puede asociarse al color negro. Una señal reflejada por un material metálico se devuelve con 15 mucha potencia y puede asociarse al color blanco.

El tratamiento SAR se basa en un análisis Doppler de la señal que permite alcanzar una muy fina resolución siguiendo el eje transversal a la dirección que une el centro de fase de la antena al centro de la zona de la imagen. De hecho, para obtener la misma resolución usando únicamente la selectividad angular de la antena, sería necesaria una anchura de antena 20 inmensa haciéndola totalmente inadecuada para las aplicaciones aeroportuarias. Una antena que funciona en modo SAR es entonces equivalente a una inmensa antena virtual que funcionaría del modo convencional, de ahí la denominación anglosajona de «Synthetic Aperture Radar».

Los modos radar SAR son especialmente sensibles a las interferencias. En efecto, para 25 garantizar unas resoluciones finas, el tiempo de iluminación del radar y la banda emitida son importantes, dejando un tiempo suficiente a un perturbador para generar una señal de ruido cuyo espectro esté comprendido en la banda de frecuencia utilizada. Un pertubador es un dispositivo de escucha y de emisión de ondas electromagnéticas. Cuando este recibe señales que reconoce como emitidas por un radar, emite unas señales sensadas con la misma 30 frecuencia portadora para parasitar la retro difusión de las señales recibidas. De este modo, el radar recibe las señales emitidas por el pertubador y las interpreta como sus propios impulsos retro dispersados. Pero su tratamiento numérico no lleva a unos datos que se puedan utilizar. Por ejemplo, en el caso de un radar que funcione en modo SAR y esté expuesto a un pertubador, la imagen se vuelve carente todo contraste, totalmente monocroma en verde por 35 ejemplo, y no permite distinguir ninguna instalación en la superficie.

Ya existen procedimientos que permiten filtrar las señales recibidas por el radar al tiempo que minimizan el efecto de las señales parásitas de interferencia. Por ejemplo, en los modos radares aire/aire que poseen una antena de recepción con numerosos canales, se aplican algoritmos basados en la técnica de Oposición de los Lóbulos Secundarios (OLS). La 5 técnica OLS consiste en calcular un único filtro, combinación lineal de los múltiples canales de recepción disponibles, al tiempo que se minimiza la potencia de ruido de interferencia.

La figura 1 ilustra mediante una vista en perspectiva un ejemplo de antena bidimensional multicanal que puede utilizarse en modo SAR. Varios sensores 2 están ubicados en una antena 1. Estos están espaciados de manera regular con una distancia dx sobre un eje 10 (O, x) y con una distancia dy sobre un eje (O, y), estando los ejes (O, x) y (O, y) en el plano de la antena 1. Un canal de recepción espacial de la antena 1 se corresponde con uno de los sensores 2 y al conjunto de los elementos del sistema de conexión que lo unen a un receptor final. Por extensión, un canal de recepción se compara con las señales percibidas por el sensor y que circulan por los elementos del sistema de conexión asociados hasta el receptor final. 15 Nunca dos canales son exactamente iguales, en particular a cada uno de los canales le corresponde un parámetro de ganancia específico. La ganancia de un canal también está en conformidad con la dirección de llegada de la señal.

En efecto, si se considera una antena con N canales espaciales, para un pertubador procedente de la dirección ub y una señal útil procedente de la dirección uu, la señal Zn en un 20 canal n en un instante determinado se escribe de acuerdo con la ecuación (1):

Siendo:

α: amplitud compleja de la señal útil;

β: amplitud compleja de la señal de interferencia; 25

Uu: dirección de llegada de la señal útil;

Ub: dirección de llegada del pertubador;

n0n: ruido térmico en el canal n;

Sn(uu): ganancia del canal n en la dirección uu;

**(Ver fórmula)**

Sn(uub): ganancia del canal n en la dirección ub. 30

**(Ver fórmula)**

A la ecuación (1) válida para un único canal le corresponde la ecuación vectorial (2) que describe la señal Z en el conjunto de los canales, gracias a un vector Z de dimensión N:

En la ecuación (2), X es un vector que representa la suma del ruido térmico y del ruido de interferencia. El vector de tensión Sn (uu) caracteriza la ganancia de los diferentes canales en la dirección Uu de la señal útil y α es la amplitud compleja de la señal útil.

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

El principio de varios métodos conocidos anti-interferencias, en especial la técnica OLS, es aplicar un único filtro a la señal Z de tal modo que se minimice la potencia media del ruido X 5 por combinación lineal. El tratamiento OLS plantea la hipótesis de que la señal útil procede de una dirección única en el centro del lóbulo de antena. Un filtro es la información de una matriz w de dimensión 1 x N. Aplicar el filtro w al vector Z consiste en calcular el producto wHZ, donde wH designa la matriz transpuesta y conjugada de w, habiéndose seleccionado a w de tal modo que minimice la potencia media del ruido en la salida E wHX 2 por combinación lineal en el 10 producto wHZ, E designando la esperanza matemática. El diagrama de radiación correspondiente al canal espacial virtual realizado por la combinación lineal asociada a w es máximo en la dirección uu y mínimo en la dirección ub del pertubador. En este diagrama de radiación la posición del centro negativo que anula el ruido de interferencia depende de la dirección desconocida de llegada de este. Esa es la razón por la que comúnmente se dice que 15 «w realiza una formación de haz adaptativa». Si la dirección de la señal útil uu está cerca de la dirección ub del pertubador, el diagrama de radiación correspondiente a la formación de haz presentará un máximo en la dirección ub del pertubador, haciendo que la mitigación de interferencia sea totalmente ineficaz con el filtro w.

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

De este modo, un algoritmo de mitigación de interferencias del tipo de la técnica OLS, 20 basado en un único filtro aplicado al conjunto de la escena observada, no se muestra satisfactorio más que para pertubadores desapuntados, es decir, que se recibe fuera del lóbulo principal, en los lóbulos secundarios de la antena. Ahora bien, un pertubador situado en el lóbulo principal de la antena es altamente factible desde un punto de vista operacional, especialmente en el ámbito de las imágenes SAR. En efecto, los pertubadores intencionales se 25 colocan cerca de las zonas de terreno a ocultar para optimizar su balance de potencia y se sitúan por consiguiente muy probablemente en el lóbulo principal de la antena. El procedimiento de filtrado de acuerdo con la invención se propone reducir los inconvenientes de estas técnicas de filtrado por combinación lineal de los canales, de las que toma sin embargo el principio de base. 30

En un artículo titulado «Interrelated problems in space-time processing for SAR and ISAR» (IEE Proceedings: Radar, Sonar & Navigation – Vol. 145, Nº 5 – Octobre 1998), R. Klemm divulga un método de anulación de las señales de interferencia para un radar que funciona en modo SAR.

El procedimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de filtrado de las señales de interferencia para una antena móvil multicanal, que se caracteriza porque consta de:

- una fase (10) de división en bloques temporales de las señales recibidas en cada uno de los canales, siendo la duración de los bloques tal que la dirección (u) según la cual 5 se recibe la señal por los diferentes canales pueda considerarse como constante dentro de un bloque temporal;

- una fase (11) de división de los bloques temporales en sub-bandas de frecuencia, siendo las sub-bandas frecuenciales lo suficientemente estrechas como para que las distorsiones diferenciales entre los canales sean irrelevantes dentro de una banda; 10

- una fase (12) de cálculo de la matriz de autocorrelación del ruido en cada una de las sub-bandas de frecuencia;

- una fase (13) de cálculo de la ganancia de cada canal en las direcciones (u) que corresponden a una división en zonas de la escena observada con un paso angular (Δθ), estando cada zona asociada a una dirección (u) constante en cada uno de los 15 bloques temporales y de las sub-bandas frecuenciales;

- una fase (14) de filtrado por combinación lineal de las señales recibidas en los diferentes canales en cada una de las zonas, para cada uno de los bloques temporales y cada una de las sub-bandas de frecuencia, cada combinación lineal dependiendo de la matriz de autocorrelación del ruido limpio en la sub-banda de frecuencia considerada 20 y que depende de los valores de ganancias de los canales en la dirección correspondiente a la zona considerada, cada combinación lineal permitiendo anular el componente de interferencia en la dirección (u) correspondiente a la zona considerada.

2. Procedimiento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la duración de los bloques temporales en cada uno de los canales se determina de tal 25 manera que, en un bloque temporal, la variación del ángulo de incidencia del ruido de interferencia no sobrepasa un umbral predeterminado alrededor del ángulo de ganancia máxima de la antena.

3. Procedimiento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque las direcciones que corresponden a una división en zonas de la escena observada (u, 30 Δθ) se obtienen mediante la división en zonas de una imagen distancia radial – frecuencia Doppler de la escena observada.

4. Procedimiento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque las combinaciones lineales que permiten anular el componente de interferencia se obtienen mediante el método de máxima verosimilitud. 35

5. Procedimiento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque las combinaciones lineales que permiten anular el componente de interferencia se obtienen mediante el método de minimización con restricciones.

6. Procedimiento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque las matrices de autocorrelación del ruido se calculan en zona clara. 5

7. Procedimiento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque las matrices de autocorrelación del ruido se calculan en zona de interferencia estacionaria.

8. Procedimiento de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, que se caracteriza porque la separación angular (Δθ) entre las direcciones (u) que corresponde a una división en 10 zonas de la escena observada garantiza que el ruido de interferencia se recibe con una potencia inferior a 10 veces la potencia del ruido térmico en cualquier dirección que no corresponda a la dirección del pertubador.