SISTEMA Y MÉTODO DE TRATAMIENTO DEL RADAR DE APERTURA SINTÉTICA EN TIEMPO REAL.

Sistema de procesamiento de SAR en tiempo real para el procesamiento de señales de retorno de un radar de apertura sintética (SAR),

que comprende: una fuente de luz (1) para la generación de una onda electromagnética coherente, preferiblemente plana; un medio de modulación de la luz (2) para la modulación de la onda incidente de modo que la onda modulada transporte la información de los retornos del radar y produzca una onda modulada; un medio de procesamiento óptico (3) para el procesamiento de la onda modulada para la reconstrucción de la imagen del radar; y se proporciona un medio de detección de luz (4) para la detección de la onda procesada y la generación de una señal eléctrica de imagen procesada correspondiente; caracterizado por que el medio de modulación de luz (2) comprende una pluralidad de píxeles que se pueden direccionar (30) dispuestos en una matriz rectangular bidimensional que se controla basándose en las señales de retorno del radar, en el que el medio de modulación de la luz (2) modula la onda incidente de acuerdo con un patrón de señal de radar bidimensional, correspondiendo una dimensión a los datos de alcance de SAR, correspondiendo la otra dimensión a la historia de la señal de azimut del SAR, en el que el medio de modulación de luz (2) y/o el medio de detección de luz (4) se inclinan con respecto al eje óptico; y en el que el medio de procesamiento óptico (3) comprenden al menos una lente cilíndrica (13) para el enfoque de la historia de fase de azimut; al menos una lente esférica (10, 12) para la generación de imagen de la onda procesada en un plano de detector del medio de detección (4); y un medio de bloqueo de la difracción para eliminar el patrón de difracción de la fuente de luz (1) y/o las artificiosidades de una frecuencia portadora de la señal de radar

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2005/001106.

Solicitante: EUROPEAN SPACE AGENCY.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 8-10, RUE MARIO-NIKIS 75738 PARIS CEDEX 15 FRANCIA.

Inventor/es: BERGERON,ALAIN, BOURQUI,PASCAL, HARNISCH,BERND.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 10 de Enero de 2005.

Fecha Concesión Europea: 28 de Julio de 2010.

Clasificación PCT:

  • G01S13/90 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.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania.

SISTEMA Y MÉTODO DE TRATAMIENTO DEL RADAR DE APERTURA SINTÉTICA EN TIEMPO REAL.

Fragmento de la descripción:

Esta invención se refiere a un sistema de procesamiento del SAR en tiempo real para el procesamiento de las señales de retorno de un radar de apertura sintética y un método para el procesamiento en tiempo real de las señales de retorno del SAR.

El radar de apertura sintética (SAR, del inglés “Synthetic Aperture Radar”) es una técnica ampliamente usada en reconocimiento aéreo y espacial. Una aeronave o una nave espacial porta una antena de orientación lateral y transmite pulsos de radar en una dirección diferente a la trayectoria de vuelo. Se define una coordenada de alcance inclinado en una dirección normal a la trayectoria de vuelo y se define una coordenada de azimut en la dirección de la trayectoria de vuelo. La resolución del alcance del SAR es una función de la anchura del pulso transmitido efectivo y se consigue una elevada resolución en el alcance mediante el uso de pulsos transmitidos muy cortos y y/o el uso de pulsos de variación de frecuencia. La resolución del azimut se fija mediante las dimensiones de la antena. Aumentando el diámetro de la antena, se puede aumentar la resolución en azimut, estando limitada, sin embargo, por el tamaño y peso de la antena portada por la aeronave o nave espacial. En sistemas de radar convencionales, especialmente de largos alcances, una elevada resolución en azimut llevaría a la necesidad de enormes antenas.

En un radar de apertura sintética, la plataforma del radar se mueve a lo largo de una trayectoria recta en una dirección oblicua en relación al objetivo que se quiere representar. La antena se lleva a lo largo de la trayectoria de vuelo a una secuencia de posiciones en las que el sistema de SAR, en cada posición, radia un pulso y recibe y almacena la señal de retorno reflejada. Las imágenes del SAR son la superposición de muchos pulsos retrodifundidos dentro del intervalo y azimut de la huella de la antena del SAR. Los datos almacenados se procesan a continuación para crear la imagen del área objetivo iluminada. Se consigue una elevada resolución en la dirección de azimut mediante la aplicación de una técnica especializada de procesamiento de señal sin la necesidad de antenas físicamente grandes. En efecto, se sintetiza una gran apertura de antena. Dado que la elevada resolución en azimut se consigue mediante la antena sintética y un procesamiento coherente de la historia de fase, se ha de registrar la amplitud y la historia de fase de la señal reflejada de una escena. Así, se genera y se registra una historia de la fase coherente de la señal de retorno del pulso. Una visión global y detalles del SAR se dan en “Tutorial Review of Synthetic Aperture Radar (SAR) With Applications to Imaging of the Ocean Surface” por Kiyo Tomiyasu, Proceedings of the IEEE, Vol. 66, Nº 5, mayo de 1978.

El procesamiento de la señal del SAR se puede describir matemáticamente como una correlación o un proceso de filtrado sobre todos los retornos coherentes de señal del radar almacenados durante un tiempo de apertura (sintética). Esto requiere un gran almacenamiento de datos y capacidades enormes de procesamiento de datos. En los comienzos de la tecnología del SAR, la tecnología de ordenadores no era suficientemente potente para procesar la cantidad de datos de las imágenes del SAR de modo efectivo. Por lo tanto, se aplicaron principalmente soluciones de procesado óptico a las imágenes del SAR. En un sistema de procesamiento óptico convencional, los datos del SAR en bruto se registran sobre un material fotosensible (película) para su almacenamiento y procesamiento óptico posterior. Se escribe un pulso del alcance de reflexión desde el receptor del radar, por medio de un tubo de rayos catódicos, como una traza del alcance a través del ancho de la película de la señal. Entre pulsos la película se avanza en pequeños incrementos. Así, una posición a través del ancho de la película corresponde a una posición de alcance y una posición a lo largo de la longitud de la película corresponde a una posición a lo largo del recorrido de la plataforma del radar. La amplitud de la señal y la historia de la fase se registran sobre la película tras la adición coherente de la fase de la señal recibida y una señal de referencia del sistema de radar. La película se registra durante la adquisición de la imagen y se debe revelar (químicamente) antes de proporcionar la señal de entrada en el procesador óptico para la reconstrucción de las imágenes. Esto impide un procesamiento en tiempo real y requiere un tratamiento químico de la película que normalmente no puede ser realizado en una aeronave o una nave espacial.

Debido a la gran cantidad de datos, un procesamiento de señal electrónico de las señales de retorno del radar depende de ordenadores de alto rendimiento, por lo tanto, normalmente no es posible un procesamiento a bordo de satélites. Adicionalmente, la gran cantidad de datos adquiridos no se puede comprimir de modo efectivo de modo que se necesita transmitir la extensa cantidad de datos desde un satélite a un centro de procesamiento basado en tierra para un procesamiento adicional. Esto requiere un gran ancho de banda para la transmisión de datos.

Para permitir un procesamiento en tiempo real de las señales de un radar de apertura sintética, el documento US 4.929.953 propone almacenar ópticamente los datos en bruto del SAR sobre materiales fotosensibles que puedan borrarse y reutilizarse. La señal de retorno del SAR se escribe en trazos radiales sobre un disco giratorio fotosensible que gira en sincronismo con la velocidad de la aeronave. Los datos del SAR registrados de varios pulsos de radar se iluminan entonces mediante luz coherente para el procesamiento óptico para reconstruir la imagen del SAR. A continuación, el disco con los datos almacenados en él gira dentro de una zona de borrado, donde los datos se borran mediante luz de alta intensidad que devuelve el medio de registro de nuevo a su condición de transparencia original, listo para el registro de otro trazado radial de los datos de retorno del SAR. Debido al medio de registro móvil, que necesita que gire en sincronismo exacto con los pulsos de radar y los parámetros de vuelo, es necesario un complejo control de la rotación del disco. Además, el registro de los datos del SAR en trazos radiales requiere de una lente asférica de forma compleja para compensar la geometría radial del medio de registro. Adicionalmente, debido a las partes en movimiento del medio de registro termoplástico, se limita la duración del sistema de procesamiento en tiempo real del SAR propuesto de modo que no es adecuado para una aplicación permanente en una nave espacial.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema y un método de procesamiento del SAR en tiempo real con requerimientos de procesamiento de datos reducidos y una durabilidad mejorada.

Este objeto se consigue mediante la presente invención de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones preferidas de la invención.

Un sistema de procesamiento en tiempo real para el procesamiento de las señales de retorno de un radar de apertura sintética puede comprender una fuente de luz para la generación de una onda electromagnética coherente, un medio de modulación de la luz para la modulación de la onda incidente de acuerdo con las señales de retorno del radar y la producción de una onda modulada y un medio de procesamiento óptico para el procesamiento de la onda modulada para la reconstrucción de la imagen del radar.

El medio de modulación que modula la luz puede comprender una pluralidad de píxeles que se pueden direccionar dispuestos en una matriz bidimensional que se controlan en base a las señales de retorno del radar. Mediante el control de los píxeles individuales del medio de modulación de la luz se puede realizar una modulación de la fase y/o amplitud de la onda incidente de modo que la onda modulada porte la información de las señales de retorno del radar.

Los pulsos de alcance reflejados recibidos por el receptor del radar pueden aplicarse directamente para el control de la transmitancia de los píxeles individuales. Opcionalmente, las señales de retorno se digitalizan (convierten de analógico a digital (A/D)) y se procesan, por ejemplo filtran, antes de que se apliquen como señales de control a los píxeles individuales.

Las señales de retorno recibidas se pueden sumar también coherentemente con una señal de referencia del radar (por ejemplo la señal portadora del radar) para convertir la historia de la fase en una señal de control de amplitud para el control...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de procesamiento de SAR en tiempo real para el procesamiento

de señales de retorno de un radar de apertura sintética (SAR), que comprende: una fuente de luz (1) para la generación de una onda electromagnética coherente, preferiblemente plana; un medio de modulación de la luz (2) para la modulación de la onda incidente de modo que la onda modulada transporte la información de los retornos del radar y produzca una onda modulada; un medio de procesamiento óptico (3) para el procesamiento de la onda modulada para la reconstrucción de la imagen del radar; y se proporciona un medio de detección de luz (4) para la detección de la onda procesada y la generación de una señal eléctrica de imagen procesada correspondiente; caracterizado por que el medio de modulación de luz (2) comprende una pluralidad de píxeles que se pueden direccionar (30) dispuestos en una matriz rectangular bidimensional que se controla basándose en las señales de retorno del radar, en el que el medio de modulación de la luz (2) modula la onda incidente de acuerdo con un patrón de señal de radar bidimensional, correspondiendo una dimensión a los datos de alcance de SAR, correspondiendo la otra dimensión a la historia de la señal de azimut del SAR, en el que el medio de modulación de luz (2) y/o el medio de detección de luz (4) se inclinan con respecto al eje óptico; y en el que el medio de procesamiento óptico (3) comprenden al menos una lente cilíndrica (13) para el enfoque de la historia de fase de azimut; al menos una lente esférica (10, 12) para la generación de imagen de la onda procesada en un plano de detector del medio de detección (4); y un medio de bloqueo de la difracción para eliminar el patrón de difracción de la fuente de luz (1) y/o las artificiosidades de una frecuencia portadora de la señal de radar.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el medio de modulación (2) comprende un circuito de accionamiento de pixeles (15) para la escritura de los datos de alcance del SAR que corresponden a una respuesta al pulso de radar en una columna (31) o una línea (32) de píxeles (30).

3. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el medio de modulación de luz (2) comprende una micro pantalla o modulador de luz espacial (9) para la modulación espacial de fase y/o amplitud de la onda incidente, y

los datos de alcance del SAR que corresponden a las respuestas al pulso de radar individual se escriben en columnas (31) o líneas (32) de píxeles de la micro pantalla o modulador de luz espacial (9).

4. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende una memoria de almacenamiento de pantalla (16), en la que los datos de alcance del SAR se escriben en la memoria de almacenamiento de pantalla (16) columna a columna, desplazándose los datos en la memoria de almacenamiento de pantalla (16) correspondiente a una columna de un píxel

(31) o a una pluralidad de columnas en cada ciclo de procesamiento que corresponde a la respuesta al pulso de radar.

5. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el medio de detección de luz (4) comprende un sensor de área sensible a la luz, tal como una matriz CCD o CMOS.

6. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el medio de detección de luz (4) comprende un sensor de líneas sensible a la luz, tal como una línea CCD o CMOS.

7. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende un almacenamiento de imagen para almacenar las señales de imagen procesadas detectadas.

8. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la fuente de luz (1) comprende un láser (8) y/o unas lentes de colimación

(7).

9. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende un filtro espacial (6) y/o un polarizador (14).

10. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el medio de procesamiento óptico (3) comprende al menos una lente cónica para proporcionar capacidad de enfoque en la dirección de alcance.

11. Método para el procesamiento en tiempo real de las señales de retorno

del radar de apertura sintética (SAR), que comprende las etapas: proporcionar una onda electromagnética coherente; modulación de la onda coherente de modo que la onda modulada transporte la información de los retornos del radar y produzca una onda modulada; procesamiento óptico de la señal de la onda modulada para la reconstrucción de la imagen del radar; y realización de una detección de la onda procesada y una generación de una señal eléctrica de imagen procesada correspondiente a la imagen reconstruida; caracterizado por que la etapa de modulación de la onda coherente se basa en una pluralidad de píxeles que se pueden direccionar (30) dispuestos en una matriz rectangular bidimensional que se controlan mediante las señales de retorno del radar en la que la modulación de la onda incidente se modula de acuerdo con un patrón de señal de radar bidimensional, correspondiendo una dimensión a los datos de alcance de SAR, correspondiendo la otra dimensión a la historia de la señal de azimut del SAR, en el que un medio (2) para la modulación de la onda coherente y/o un medio para realizar una detección de la onda procesada (4) se inclinan con respecto al eje óptico; y en el que un medio (3) para el procesamiento óptico de la onda modulada comprende al menos una lente cilíndrica (13) para el enfoque de la historia de fase de azimut; al menos una lente esférica (10, 12) para la generación de imagen de la onda procesada en un plano de detector del medio de detección (4); y un medio de bloqueo de la difracción para eliminar el patrón de difracción de la fuente de luz (1) y/o las artificiosidades de una frecuencia portadora de la señal de radar.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que los píxeles (30) se controlan de modo que los datos de alcance de SAR que corresponden a una respuesta al pulso del radar se escriben en una columna o línea de píxeles (31, 32), y los datos de alcance del SAR que corresponden a una respuesta al pulso del radar posterior se escriben en una columna o línea de píxeles (31, 32) adyacente.

13. Método de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, en el que se controla una transmitancia del píxel basándose en un valor de amplitud y/o fase de una señal de retorno del radar.

14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el procesamiento óptico de señal de la onda modulada para la reconstrucción de la imagen del radar se basa en una combinación de una lente esférica (12) y una lente cilíndrica (13) o dos lentes esféricas con un detector inclinado (4).


 

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