ES2315584T3 - Procedimiento para generar radiaciones de emision sar y sistema de antenas sar. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para generar radiaciones de emisión con un sistema de antenas SAR el cual presenta múltiples elementos de antena, en donde dentro de los múltiples elementos de antena están definidos varios grupos con cada uno varios elementos de antena vecinos, caracterizado porque, - se produce una generación de varias radiaciones de emisión por la activación de un grupo de elementos de antena asociados con una radiación de emisión, - se realiza una exploración de una región de la superficie por radiaciones de emisión vecinas en donde se activan uno tras otro varios grupos de elementos de antena vecinos, - se definen grupos de elementos de antena vecinos unos con otros de tal manera que presentan como mínimo un elemento de antena común y se generan radiaciones de emisión contiguas, solapadas, por medio de grupos de elementos de antena definidos de esta manera y - se definen grupos con diferente número de elementos de antena y se generan radiaciones de emisión con diferente ancho mediante la activación de grupos con diferente número de elementos de antena.
Description
Procedimiento para generar radiaciones de
emisión SAR y sistema de antenas SAR.
El invento se refiere a un procedimiento para
generar radiaciones de emisión con un sistema de antenas SAR y a
un sistema de antenas SAR con múltiples elementos de antena para la
generación de radiaciones de emisión.
Los sistemas de antenas SAR pueden utilizarse en
explorar zonas superficiales, por ejemplo zonas superficiales de la
tierra, con ayuda de sistemas de antenas SAR apoyados por aire o
por el espacio. Las radiaciones de emisión pueden entonces por lo
general ser radiadas con diferentes direcciones de emisión. Para
mejorar las propiedades de representación (ancho de franjas y
calidad de imagen) de un sistema de antenas SAR puede ser
necesario, según el tamaño y la situación de la zona superficial a
explorar, ajustar el ancho de radiación de las radiaciones de
emisión a la dirección de emisión actual de las radiaciones de
emisión. Durante la exploración a distancia de la superficie de la
tierra con SAR la dirección de emisión actual viene definida por el
ángulo de incidencia de los rayos de radar sobre la superficie de la
tierra. Con ángulos de incidencia grandes (p.e 50º) una radiación
de emisión con un ancho definido ilumina una zona determinada de la
superficie de la tierra. Con una orientación de la radiación de
emisión con pequeños ángulos de incidencia (p.e 20º) la misma
radiación de emisión ilumina una zona esencialmente menor. Mediante
un ensanchamiento de la radiación se puede mejorar este
comportamiento por lo general no deseado.
El documento US 6.175.326 B1 describe un sistema
de antenas SAR en el que se puede conseguir un control de la
característica de la radiación de recepción con múltiples elementos
de antena porque entre los diferentes elementos de antena esta
prevista o una diferencia de fase o una diferencia en el tiempo de
propagación o se conectan independientemente consecutivamente
elementos de antena vecinos. Sin embargo, en ese documento no se
menciona nada sobre la generación de radiaciones de emisión.
Por el estado de la técnica se conocen además,
por un lado, sistemas con antenas activas o semiactivas para
generar un ancho de radiación variable y en algún caso también una
dirección de radiación variable. Con ayuda de reguladores de
amplitud y/o fase en este tipo de sistemas con antenas activas o
semi-activas se envían a elementos de antena
individuales o a grupos de elementos, señales de radar con diferente
y variable ponderación. Estos sistemas SAR con antenas planares del
campo de los satélites son por ejemplo, los futuros
TerraSAR-X, que por ejemplo están descritos por M.
Sues y otros, "TERRASAR-X, DISEÑO Y
PRESTACIONES", "Proceedings EUSAR 2002", 4ª Conferencia
europea sobre radar de apertura sintética, Colonia
4-5 Junio 2002, VDE Verlag GmbH, Berlin y
Offenbach, ISBN
3-8007-2697-1. Una
desventaja esencial de este sistema es el alto gasto de
construcción y los costes ligados a ella. Conceptos alternativos se
basan en antenas reflectoras cuyos sistemas de alimentación están
realizados mediante matrices enmalladas de alta frecuencia (por
ejemplo matriz Butler o Blass). Una desventaja esencial de estos
sistemas son las elevadas pérdidas dentro de las matrices enmalladas
así como su realización para alta potencia de emisión.
Por otra parte, por el estado de la técnica se
conocen también sistemas con antenas pasivas. Sistemas SAR típicos
con antenas planares pasivas del campo de los satélites son
ERS-1 y ERS-2. Estos sistemas están
caracterizados también por una ponderación ajustada fija de los
elementos de antena. En estos sistemas los elementos de antena de
los sistemas de antenas SAR solo pueden ser conectados o
desconectados en conjunto de manera que solo se puede generar una
única radiación de emisión con característica de emisión y ancho de
emisión ajustadas fijas.
Por tanto es misión del presente invento
presentar una posibilidad sencilla para generar radiaciones de
emisión con diferentes anchos de radiación con la ayuda de sistemas
de antenas SAR.
Esta misión será resuelta por las
características de las reivindicaciones 1 a 4.
Un primer objeto del invento comprende un
procedimiento para la generación de radiaciones de emisión con un
sistema de antenas SAR el cual presenta múltiples elementos de
antena. De acuerdo con el invento está previsto que dentro de los
múltiples elementos de antena estén definidos varios grupos, cada
uno con varios elementos de antena vecinos y que una generación de
varias radiaciones de emisión definidas se produzca por la
activación de un grupo de elementos de antena asociado con una
radiación de emisión. Así, elementos de antena individuales
pueden pertenecer a uno o también simultáneamente a varios grupos.
Por medio del invento es posible de forma sencilla la generación de
varias radiaciones de emisión mediante sistemas de antenas SAR sin
que sea necesaria una alta inversión para la generación de
diferencias de fase o diferencias del tiempo de propagación.
Esta previsto que se definan grupos con
diferente numero de elementos de antena y que se generen radiaciones
de emisión con diferente anchura por la activación de grupos con
diferente numero de elementos de antena. También se puede influir
de manera sencilla en la extensión de la radiación de emisión,
especialmente en el ancho de radiación, por el numero de los
elementos de antena que hay que activar. Cuanto mayor sea el numero
de elementos de antena asociados a un grupo determinado tanto mayor
es la extensión de la radiación de emisión correspondiente, solo
por medio del numero de los elementos de antena participantes.
Para estar seguros de que mediante varias
radiaciones de emisión se explore una determinada zona superficial
sin huecos las radiaciones de emisión individuales se solapan en un
determinado campo. En el marco del invento esto puede ser obtenido
por grupos vecinos entre sí de elementos de antena están definidos
de tal manera que ellos presentan como mínimo un elemento de antena
común y se generan radiaciones de emision vecinas solapadas unas
con otras mediante grupos de elementos de antena definidos de esta
manera. De nuevo esta medida es muy fácil de realizar pero sin
embargo ofrece adicionalmente la seguridad de que las radiaciones de
emisión generadas por los grupos se solapan en cualquier caso.
La exploración de una región de superficie por
radiaciones de emisión vecinas se produce de tal manera que varios
grupos de elementos de antena vecinos se activan unos tras de otros.
Entonces se produce un escaneado de la región superficial en
aquella dirección en la que los grupos vecinos están situados unos
juntos a otros. (Modo escaneado).
Adicionalmente puede estar previsto también que
se produzca una exploración de una región de superficie mediante
por lo menos una radiación de emisión en la que la dirección de la
radiación de emisión está orientada en dirección del inicio de la
región superficial y el grupo para la generación de la radiación de
emisión permanece activado tanto tiempo hasta que la radiación de
emisión ha rastreado toda la región superficial. La correspondiente
radiación de emisión rastrea entonces durante la duracion de la
activación del grupo una franja sobre la superficie, es decir la
correspondiente región superficial está entonces en forma de
franjas. (Modo de franjas).
Una segunda alternativa que también puede ser
llevada a cabo simultaneamente al escaneado prevé que una
iluminación de un punto de la superficie se produzca por como
mínimo una radiación de emisión en la que la dirección de la
radiación de emisión está orientada en dirección del punto de la
superficie y la dirección de la radiación de emisión esta activada
durante la duracion de la activación del grupo que genera la
radiación de emisión, consecutivamente es regulado sobre el punto
de la superficie. (Modo spotlight).
La alineación o la regulación posterior de la
dirección de la radiación de emisión puede llevarse a cabo en el
marco del invento por una correspondiente alineación o regulación
posterior de la disposición de antenas SAR, por ejemplo, por medio
de una correspondiente alineación de toda la disposición de antenas
o una alineación de toda la disposición de elementos de antena o de
un reflector de antena o también por una alineación o regulación
posterior de todo el cuerpo soporte para la disposición de antenas
SAR, en el caso de una disposición de antenas SAR apoyada por
satélite también por alineación o regulación posterior de todo el
satélite.
Otro objeto del presente invento es un sistemas
de antenas SAR con múltiples elementos de antena para la generación
de radiaciones de emisión. De acuerdo con el invento está previsto
que dentro de los múltiples elementos de antena se pueden definir
mediante la técnica de conexión varios grupos cada uno con varios
elementos de antena vecinos, en donde con ayuda de los dispositivos
de maniobra con cada uno es posible una activación separada de un
grupo de elementos de antena. Con ello, elementos de antena
individuales pueden pertenecer exactamente a uno o varios grupos
simultáneamente. Por medio del invento se hace posible de forma
sencilla generar varias radiaciones de emisión con un sistema de
antenas SAR sin que por ello sea necesario el alto coste para la
generación de diferencias de fase y diferencias en los tiempos de
vida.
La generación de radiaciones de emisión con
diferente ancho queda realizada en el marco del invento porque
grupos con la técnica de circuitos pueden ser definidos con
diferente numero de elementos de antena. Cuanto mas elementos de
antena puedan ser asociados a un determinado grupo tanto mayor es la
extensión de la correspondiente radiación de emisión solo por el
numero de elementos de antena participantes.
Si debe asegurarse que mediante varias
radiaciones de emisión se explora sin espacios libres una
determinada superficie entonces es lógico que las radiaciones de
emisión individuales se solapen en una determinada zona. En el
marco del invento esto se puede obtener porque grupos de elementos
de antena vecinos unos a otros con la técnica de circuito se
definen de tal manera que ellos presentan por lo menos un elemento
de antena común.
Se prefiere que los sistemas de antena SAR
presenten un reflector. Entonces los elementos de antena pueden
estar situados en una hilera en el plano focal del reflector. Los
elementos de antena pueden estar situados centrados delante del
reflector también en una configuración offset.
Si con los sistemas de antena SAR deben tanto
recibirse como enviarse señales SAR entonces puede estar previsto
o un circuito de alta frecuencia para las señales de emisión y las
señales de recepción o pueden estar previstos circuitos de alta
frecuencia separados para las señales de emisión y las señales de
recepción.
Un ejemplo constructivo especial del presente
invento será explicado a continuación sobre la base de las figuras
1 a 5 del ejemplo de un sistema de antena SAR para aplicaciones en
satélites.
Se muestra:
Fig. 1 sistema de antenas SAR con múltiples
elementos de antena y reflector
Fig. 2 representación esquemática de radiaciones
de emisión que se solapan,
Fig. 3 representación esquemática de una
exploración superficial en modo escaneado;
Fig. 4 representación esquemática de una
exploración superficial en modo franjas;
Fig. 5 representación esquemática de una
exploración superficial en modo spotlight.
El sistema de antenas SAR según la figura 1 está
diseñado como un sistema de antena pasivo con un reflector 1 y
elementos de antena FE-1 a FE-9
situados en hilera unos juntos a otros. Además están previstos una
serie de dispositivos circuito 2a, 2b, 2c, 2d etc., realizados aquí
mediante circuladores conectables, para conectar reunidos en grupo
a varios elementos de antena (elementos de alimentación)
FE-1 a FE-9.
En esta forma constructiva se forman dos cluster
por grupo, cada uno con cuatro radiaciones de antena como
radiaciones de emisión por cluster. El primer cluster de grupos
genera radiaciones de antena con grandes anchuras de radiación y es
por ejemplo utilizado para pequeños ángulos de incidencia (por
ejemplo menores o iguales a 25º) sobre la superficie de la tierra
que hay que explorar. El segundo cluster genera radiaciones de
antena menores y es utilizado para grandes ángulos de incidencia
(por ejemplo mayores o iguales a 45º) sobre la superficie de la
tierra que se va a explorar.
Los elementos de antena FE-1 a
FE-9 son alimentados a través de amplificadores de
alta potencia (Amplificadores de Alta Potencia)
AAP-1 a AAP-3 y un circuito de alta
frecuencia conectado por detrás. El circuito de alta frecuencia
está formado por conductores huecos y circuladores conectables 2a,
2b, 2c, 2d etc., y representa entonces una disposición de muy bajas
perdidas.
La conexión de los circuladores 2a, 2b,2c, 2d,
esta elegida de tal manera que para una primera radiación de antena
con gran ancho de banda del primer cluster están activados los
elementos de antena FE-1, FE-2 y
FE-3. Con esto los elementos de antena
FE-1, FE-2 y FE-3
forman también un primer grupo del primer cluster. La activación
del segundo grupo compuesto por los elementos de antena
FE-3, FE-4 y FE-5
proporciona una segunda radiación de antena del primer grupo,
vecina a la primera radiación de antena, igualmente con gran ancho
de banda, etc. Por la disposición espacial y la elección de los
elementos de antena activos se generan secuencialmente, según este
procedimiento, cuatro anchas radiaciones de antena que se solapan,
que son utilizadas preferentemente para pequeños ángulos de
incidencia. Los anchos de banda grandes de las radiaciones de antena
compensan el efecto geométrico de la superficie de la tierra con
pequeños ángulos de incidencia. El solapado de las radiaciones de
antena se obtiene entonces de forma sencilla porque el elemento de
antena FE-3 pertenece de forma conjunta al primer y
al segundo grupo.
Para grandes ángulos de incidencia, para la
generación de una primera radiación de antena con pequeño ancho de
banda, se activa una primer grupo de elementos de antena del segundo
grupo clúster, en donde este primer grupo comprende los elementos
de antena FE-3 y FE-4. Se genera
una segunda radiación de antena del segundo clúster por activación
de un segundo grupo de elementos de antena, en donde este segundo
grupo comprende los elementos FE-4 y
FE-5. El solapado de las radiaciones de antena se
obtiene de manera sencilla porque el elemento de antena
FE-4 pertenece conjuntamente al primer y segundo
grupo del segundo clúster. Con esto se obtienen cuatro radiaciones
de antena estrechas que se solapan, que preferentemente se utilizan
en el caso de grandes ángulos de incidencia.
Las configuraciones para todos los grupos del
primer y segundo clúster de elementos de antena están representadas
de forma general en la siguiente tabla. Se reconoce que el primer y
el segundo clúster están formados por los mismos nueve elementos de
antena FE-1 a FE-9 y la pertenencia
a un determinado grupo se obtiene solo temporalmente por el
correspondiente control de los circuladores conectables 2a, 2b, 2c,
2d, etc.
La figura 2 muestra a modo de ejemplo tres
radiaciones de emisión que se solapan, como los que se pueden
generar mediante la disposición acorde con la figura 1 como
radiaciones de antena. Alfa 1 y Alfa 2 representan entonces la
dirección relativa de radiación de cada una de las radiaciones de
emisión entre sí. Por ello la figura 2a) muestra radiaciones de
antena S1, S2 y S3 con anchos de banda pequeños como los que pueden
ser generados por el segundo clúster de elementos de antena. Por el
contrario la figura 2b) muestra radiaciones de antena S'1, S'2 y
S'3 con anchos de banda grandes como los que pueden ser generados
por el primer clúster de elementos de antena.
Con este tipo de radiación de antena se puede
realizar de forma especialmente ventajosa una exploración de la
superficie de la tierra en modo escaneo, como esta representado en
la figura 3. Aquí, por motivos de simplicidad, solo deben
considerarse 3 radiaciones de emisión: S1, S2, S3.
Las radiaciones de antena S1, S2, S3, vecinas
exploran sobre la superficie de la tierra en la dirección de vuelo
V del satélite en las zonas vecinas 5a, 5b, 5c, 5d. Para la
exploración la radiación de antena es girada aparentemente de forma
secuencial en la dirección de la elevación (es decir,
transversalmente a la dirección de vuelo V) en un procedimiento de
barrido. Pero en la realidad, en un primer proceso de escaneo 4 se
activan las radiaciones de antena S1, S2, S3, vecinas una tras
otra, con lo que en las zonas 5a, 5b, 5c se explora una primera
franja. A continuación se realiza un segundo proceso de escaneo 6,
un tercer proceso de escaneo 7, etc. Un escaneo por radiación de
antena S1, S2, S3, es denominado barrido. Para la duración de un
barrido en un primer proceso de escaneo 4 la radiación de antena S1
permanece en su dirección actual y el SAR trabaja en la zona 5a en
modo de franja (véase abajo la figura 4). Para comenzar el siguiente
barrido se desactiva la radiación de antena S1 y se activa la
radiación de antena S2, que está orientada en la zona vecina 5b. A
continuación, de manera análoga, se produce la activación de la
radiación de emisión S3 para la zona 5c.
Por la sucesiva exploración de franjas 5a, 5b,
5c vecinas se puede con ello explorar una franja de superficie mas
ancha que con solo una radiación de antena. Para conseguir una
franja continua en la dirección del vuelo todo el tiempo de
integración SAR se subdivide (barrido) sobre las subfranjas 5a, 5b,
5c individuales. Tiempos de integración SAR típicos están en el
rango de algunos cientos de milisegundos. A continuación, sobre el
servicio modo de escaneo se produce una conmutación rápida entre las
radiaciones de antena S1, S2, S3. Para evitar huecos entre las
diferentes subfranjas 5a, 5b, 5c (o sea transversal a la dirección
de vuelo V), para las distintas radiaciones de antena S1, S2, S3,
se genera un solapado de acuerdo con la figura 2.
Dependiendo de si se debe realizar una
exploración en el modo escaneo para ángulos de incidencia grandes o
pequeños se activan o los grupos correspondientes de elementos de
antena del primer clúster o los grupos del segundo clúster para
generar radiaciones de antena con gran o con pequeño ancho de
radiación W.
La figura 4 representa nuevamente de forma clara
el servicio de una disposición de antena en modo franjas:
En modo franjas una determinada radiación de
antena S1, S'1 está orientada con un determinado ángulo de
incidencia. El sistema de antena SAR envía con una frecuencia
repetitiva de pulsos señales de radar a la superficie de la tierra
y recibe sus ecos. Con ello la tierra es explorada desde una
determinada radiación de antena S1, S1', en una franja continua 5,
5'. En sistemas SAR con antenas pasivas la orientación de la
radiación de antena S1, S1' se realiza por maniobras del satélite
(es decir orientación de todo el satélite) o por movimiento
mecánico de la antena. El ancho de franja 5, 5' que se puede obtener
está determinado esencialmente por el ancho de radiación de la
radiación de antena S1, S1'. La resolución geométrica esta
predeterminada por el tiempo de integración SAR, es decir, por el
periodo de tiempo durante el cual una radiación de antena S1, S1'
permanece activada. De acuerdo con el invento, entonces los anchos W
de las franjas S1, S1' pueden ser adaptados para grandes y pequeños
ángulos de incidencia porque un gran angulo de incidencia una
radiación de antena S1 se activa con pequeño ancho de banda y para
un pequeño ángulo de incidencia se activa una radiación de antena
S1' con gran ancho de banda.
Se puede obtener un aumento de la resolución
geométrica mediante un aumento del tiempo de integración SAR
(integración time) IT. Entonces una radiación de antena S1, S1' es
postregulada en el plano azimutal (es decir, aquel plano que esta
situado entre la dirección del vuelo V y la dirección de radiación
de la radiación de emisión) de tal manera que la radiación de
antena S1, S1' permanece orientada principalmente sobre un punto de
la superficie. En el marco de este ejemplo para sistemas de
antenas pasivos esa postregulacion se realiza por medio de una
maniobra del satélite (postregulacion de todo el satélite). Como
consecuencia no es posible una exploración continua (franjas
continuas) de la superficie de la tierra en el modo spotlight.
Claims (7)
1. Procedimiento para generar radiaciones de
emisión con un sistema de antenas SAR el cual presenta múltiples
elementos de antena, en donde dentro de los múltiples elementos de
antena están definidos varios grupos con cada uno varios elementos
de antena vecinos, caracterizado porque,
- se produce una generación de varias
radiaciones de emisión por la activación de un grupo de elementos de
antena asociados con una radiación de emisión,
- se realiza una exploración de una región de la
superficie por radiaciones de emisión vecinas en donde se activan
uno tras otro varios grupos de elementos de antena vecinos,
- se definen grupos de elementos de antena
vecinos unos con otros de tal manera que presentan como mínimo un
elemento de antena común y se generan radiaciones de emisión
contiguas, solapadas, por medio de grupos de elementos de antena
definidos de esta manera y
- se definen grupos con diferente numero de
elementos de antena y se generan radiaciones de emisión con
diferente ancho mediante la activación de grupos con diferente
numero de elementos de antena.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque una exploración de una región de la
superficie se realiza por como mínimo una radiación de emisión, en
el que la dirección de la radiación de emisión está orientada en
dirección al comienzo de la región de la superficie y los grupos
para la generación de la radiación de emisión permanecen activados
todo el tiempo hasta que la radiación de emisión ha rastreado la
región de la superficie.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque una iluminación de un punto de la
superficie se produce por como mínimo una radiación de emisión, en
el que la dirección de la radiación de emisión está orientada hacia
el punto de la superficie y la dirección de la radiación de emisión
es postregulada permanentemente sobre el punto de la superficie
durante la duración de la activación del grupo que genera la
radiación de emisión.
4. Sistema de antenas SAR con múltiples
elementos de antena para la generación de radiaciones de emisión de
acuerdo con un procedimiento acorde con una de las reivindicaciones
1 a 3, en donde en el interior de los múltiples elementos de antena
pueden ser definidos por técnica de conexión varios grupos cada uno
con varios elementos de antena vecinos, caracterizado
porque
- con la ayuda de dispositivos de conexión es
posible una activación por separado de un grupo de elementos de
antena,
- con técnica de circuito se definen grupos de
elementos de antena vecinos unos con otros de tal manera que
presentan como mínimo un elemento de antena común y
- con técnica de circuito se definen grupos con
diferente numero de elementos de antena.
5. Sistema de antenas SAR según la
reivindicación 4, caracterizado porque el sistema de antenas
SAR presenta un reflector y los elementos de antena están situados
en una hilera en el plano focal del reflector.
6. Sistema de antenas SAR según las
reivindicaciones 4 o 5, caracterizado porque está previsto un
circuito de alta frecuencia común para las señales de emisión y las
señales de recepción.
7. Sistema de antenas SAR según una de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque están previstos
circuitos de alta frecuencia separados para las señales de emisión
y para las señales de recepción.
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