ES2635252T3

ES2635252T3 - Sistema de radar de apertura real para uso a bordo de un satélite y para aplicaciones de vigilancia marítima

Info

Publication number: ES2635252T3
Application number: ES14159672.6T
Authority: ES
Inventors: Andrea Torre
Original assignee: Thales Alenia Space Italia SpA
Current assignee: Thales Alenia Space Italia SpA
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: US9958539B2; EP2778712B1; EP2778712A1; PL2778712T3; ITTO20130196A1; EP2778712A8; US20140266899A1

Abstract

Un método de operación de un sistema de radar de apertura real (30) para vigilancia de la superficie de la Tierra, estando instalado dicho sistema de radar de apertura real (30) en un vehículo/plataforma espacial (20) que se mueve en una dirección de vuelo y que comprende una antena transceptora (32), o una antena de transmisión y una antena de recepción, que es/son electrónicamente orientables; comprendiendo el método: a) transmitir, mediante la antena transceptora/de transmisión (32), una serie de M pulsos de radar hacia un sector de la superficie de la Tierra paralelo a la dirección de vuelo usando un haz de antena apuntado a dicho sector, en el que M es un número entero mayor que dos; b) para cada uno de los M pulsos de radar transmitidos, recibir, mediante la antena transceptora/de recepción (32), una correspondiente señal de eco durante el intervalo de tiempo que transcurre entre la transmisión de dicho pulso de radar y la transmisión del siguiente pulso de radar usando el mismo haz de antena que el usado para transmitir los M pulsos de radar; c) llevar a cabo ciclos de exploración de elevación, en el que cada ciclo de exploración de elevación se lleva a cabo repitiendo N veces las operaciones a) y b) y cambiando electrónicamente, cada vez, la dirección de señalamiento en elevación del haz de antena de modo que, en cada ciclo de exploración de elevación, los pulsos de radar se transmiten hacia, y las señales de eco se reciben desde, N sectores de la superficie de la Tierra que son paralelos a la dirección de vuelo y son adyacentes o parcialmente solapantes, en el que N es un número entero mayor que uno; en el que todos los pulsos de radar se transmiten: - con una frecuencia de repetición de pulso predefinida y una temporización predefinida del ciclo de exploración de tal manera para garantizar una cobertura completa de cada uno de los N sectores paralelamente a la dirección de vuelo; y - usando una técnica de agilidad de frecuencia; en el que todos los pulsos de radar transmitidos tienen uno y el mismo ancho de banda predefinido; en el que los M pulsos de radar transmitidos, en un ciclo de exploración de elevación, hacia uno y el mismo sector ocupan, cada uno, una respectiva banda de frecuencia que tiene dicho ancho de banda predefinido y se identifica por una frecuencia de referencia respectiva que está separada, de las frecuencias de referencia de los pulsos de radar transmitidos inmediatamente antes e inmediatamente después, por un primer salto de frecuencia; en el que dicho primer salto de frecuencia es mayor que dicho ancho de banda predefinido y es menor que un valor que: - indica el salto de frecuencia mínimo que provoca una descorrelación de un objetivo iluminado por dos pulsos de radar sucesivos que tienen frecuencias de referencia separadas por al menos dicho salto de frecuencia mínimo; y - está relacionado a un tamaño de referencia de un objetivo genérico a detectarse por el sistema de radar de apertura real (30); en el que las frecuencias de referencia de los M pulsos de radar transmitidos, en un ciclo de exploración de elevación, hacia uno y el mismo sector se seleccionan alrededor de una y la misma frecuencia de transmisión central; y en el que en cada ciclo de exploración de elevación se usa una respectiva frecuencia de transmisión central para cada sector, respectiva frecuencia de transmisión central que está separada, de las frecuencias de transmisión central usadas en dicho ciclo de exploración de elevación para los otros sectores, por un segundo salto de frecuencia que es mayor que el primer salto de frecuencia.

Description

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DESCRIPCION

Sistema de radar de apertura real para uso a bordo de un satelite y para aplicaciones de vigilancia mantima Sector tecnico de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema de radar de apertura real (RAR) para uso a bordo de un vedculo/plataforma a alta altitud, espedficamente un vedculo/plataforma espacial, por ejemplo un satelite. En particular, la presente invencion halla la ventaja, aunque no exclusiva, de la aplicacion en vigilancia de la superficie de la Tierra, espedficamente en vigilancia mantima, es decir, en vigilancia de mares y oceanos.

Estado de la tecnica

La Figura 1 es una ilustracion esquematica no a escala de una geometna de referencia tfpica para observacion y vigilancia de la superficie de la Tierra mediante un radar de apertura real (denominado en lo sucesivo, por simplicidad de descripcion, como “sensor/sistema de RAR” o tambien simplemente “RAR”). En este sentido, se pretende en el presente documento destacar el hecho de que en la Figura 1 (y tambien en la siguiente Figura 2, que se presentara y describira en lo que sigue) la superficie de la Tierra se (y sera) ilustra como “plana” simplemente por conveniencia y simplicidad de ilustracion y descripcion, sin implicar esto ninguna perdida de generalidad.

En particular, la Figura 1 es una ilustracion esquematica de un sensor de RAR 10 que se transporta en vuelo/orbita por un vedculo/plataforma aerea/espacial (no mostrados en la Figura 1 por simplicidad de ilustracion), tal como por ejemplo un avion o un vedculo aereo no tripulado (UAV) o un satelite, en una direccion de vuelo d a una altura h (con respecto a la superficie de la Tierra) supuesta sustancialmente constante. Como es conocido, la altura h del sensor de RAR 10 se mide en una direccion del nadir z que pasa a traves de dicho sensor de RAR 10 (en particular, que pasa a traves del centro de fase de la antena del sensor de RAR 10) y es ortogonal a la superficie de la Tierra y a la direccion de vuelo d.

El rastreo terrestre del sensor de RAR 10 identifica una direccion de azimut x que es paralela a la direccion de vuelo d y es ortogonal a la direccion del nadir z, mientras que una denominada direccion de “rastreo transversal” y, que es ortogonal tanto la direccion del nadir z como a la direccion del azimut x, identifica, junto con la direccion del azimut x, un plano xy tangencial a la superficie de la Tierra.

En uso, el sensor de RAR 10, mediante una antena apropiada (no mostrada en la Figura 1 por simplicidad de ilustracion), transmite una serie de pulsos de radar en una direccion de senalamiento (o de iluminacion u observacion) r que forma con la direccion del nadir z un angulo de elevacion 0el y con la direccion de vuelo d un error de directividad 9 que es (sustancialmente) un angulo recto. Adicionalmente, suponiendo que el sensor de RAR 10 es un radar monoestatico, dicho sensor de RAR 10, en uso, recibe las senales retrodispersadas desde la superficie de la Tierra mediante la misma antena que la usada para transmision.

En particular, el sensor de RAR 10 ilumina con los pulsos de radar, y a continuacion recibe las senales retrodispersadas correspondientes desde, una banda de la superficie de la Tierra, conocida universalmente como “sector”, que se extiende principalmente paralelo a la direccion del azimut x y que, en una direccion paralela a la direccion de rastreo transversal y, tiene una anchura dada W que depende principalmente de la anchura del haz de antena del sensor de RAR 10 en el plano de elevacion zy.

Como se ilustra en la Figura 1, la lmea que une el sensor de RAR 10 al borde del sector mas cercano al rastreo terrestre de dicho sensor de RAR 10 forma, con la normal al plano xy tangencial a la superficie de la Tierra en el punto espedfico considerado, un primer angulo de incidencia 0n, mientras que la lmea que une el sensor de RAR 10 al borde del sector mas alejado del rastreo terrestre de dicho sensor de RAR 10 forma, con la normal al plano xy tangencial a la superficie de la Tierra en el punto espedfico considerado, un segundo angulo de incidencia 0f, con 0n

< 0f.

Una vez de nuevo con referencia a la figura 1, el borde del sector mas cercano al rastreo terrestre de dicho sensor de RAR 10 esta localizado a una distancia (rango de inclinacion) Rn desde dicho sensor de RAR 10 y el borde del sector mas alejado del rastreo terrestre de dicho sensor de RAR 10 esta localizado a una distancia (rango de inclinacion) Rf desde dicho sensor de RAR 10, de manera evidente, con Rn < Rf.

En la continuacion de la descripcion, se usaran las siguientes definiciones, que son ampliamente conocidas tanto, en general, en el sector de sistemas de radar como, en particular, en el sector de sistemas de radar de apertura real.

• Probabilidad de deteccion - por “probabilidad de deteccion” se pretende la posibilidad estadfstica de que un radar detecte la presencia de un objetivo presente de manera efectiva en un entorno con ruido.

• Probabilidad de falsa alarma - por “probabilidad de falsa alarma” se pretende la posibilidad estadfstica de que un radar detecte la presencia de un objetivo que no esta realmente presente en un entorno con ruido.

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• Resolucion espacial - por “resolucion espacial” se pretende la distancia mas corta, expresada en general en metros, entre dos objetivos identicos de manera que un radar puede determinar la presencia de dos objetivos y no de un unico objetivo.

• Resolucion en azimut - por “resolucion en azimut” se pretende la resolucion espacial de un radar en la direccion del azimut (por ejemplo, con referencia a la figura 1, en la direccion x).

• Resolucion en rango - por “resolucion en rango” se pretende la resolucion espacial de un radar en la direccion de rastreo transversal (por ejemplo, con referencia a la figura 1, en la direccion y).

• Cobertura de radar - por “cobertura de radar” se pretende el area que puede observarse por un radar.

• Frecuencia de repeticion de pulso (PRF) - por “frecuencia de repeticion de pulso” (denominada en lo sucesivo, por simplicidad, tambien como PRF) se pretende la frecuencia a la que se transmiten los pulsos de radar.

• Intervalo de repeticion de pulso (PRl) - por “intervalo de repeticion de pulso” (denominado en lo sucesivo, por simplicidad, como PRI) se pretende el tiempo que transcurre entre la transmision de dos pulsos consecutivos. Como es conocido, PRI=1/pRf.

• Eco - por “eco” se pretende la senal de retorno recibida por un radar y que proviene de objetos iluminados por un pulso de radar transmitido por dicho radar.

• Interferencia - por “interferencia” se pretende un eco indeseado.

• Interferencia de mar - por “interferencia de mar” se pretende la senal de retorno desde un area del mar en la que los objetivos no estan presentes.

• Celula de resolucion - por “celula de resolucion” se pretende el area elemental, de tierra o mar, suministrada por un radar despues del procesamiento de la senal recibida.

• Angulo de incidencia - por “angulo de incidencia” se pretende el angulo formado entre el segmento de lmea recta que une un radar y un punto observado y la normal al plano tangencial a la superficie de la Tierra en el punto observado (por ejemplo, con referencia a la figura 1, los angulos 0n y 0f).

Como es conocido, en el caso de aplicaciones de vigilancia mantima, es decir, para detectar objetivos, en particular embarcaciones, en la superficie de mares y/u oceanos, un sistema de radar transportado en vuelo/orbita por un vehnculo/plataforma aereo/espacial en uso:

• transmite, con una cierta PRF y mediante una antena de transmision, pulsos de radar hacia el mar; y a continuacion

• recibe, mediante una antena de recepcion, y procesa la senal de eco retrodispersada desde la escena observada.

En el caso donde un sistema de radar usa una y la misma antena para transmitir y recibir, dicho sistema de radar se dice que es monoestatico, mientras que en el caso donde un sistema de radar usa dos antenas diferentes, dicho sistema de radar se dice, en su lugar, que es biestatico.

Para mejorar el rendimiento de un sistema de radar para vigilancia mantima, es importante reducir el numero de ecos ambiguos y su amplitud. El eco de un objetivo dado se caracteriza por su tiempo de recepcion y por su frecuencia Doppler resultante del movimiento del vehnculo/plataforma aerea/espacial.

Como es conocido, un eco ambiguo (o ambiguedad) es un eco parasito que:

• se provoca por la “respuesta” de un area que es diferente de la de la celula de resolucion “util” y que se ilumina directamente por el pulso de radar considerado en el origen de dicho eco; y

• se superpone exactamente en el tiempo y a la frecuencia Doppler en la senal “util”.

Estas ambiguedades son debido a la operacion pulsada del radar. En particular, las ambiguedades pueden ser de dos tipos:

1) ambiguedad en rango, es decir, los ecos que provienen de areas situadas en la direccion normal a la direccion de vuelo (locus de puntos de cero Doppler) y que corresponden a pulsos anteriores o posteriores al considerado; y

2) ambiguedad en azimut, es decir, ecos que provienen de areas que estan situadas en la misma distancia que el area util y la frecuencia Doppler de la cual es ambigua con respecto a la frecuencia Doppler del area util (transmision pulsada representa el espectro de Doppler de las senales de eco periodico).

Tfpicamente, la probabilidad de deteccion de un sistema de radar para vigilancia de los oceanos deben ser igual o mayor del 90 %, y la probabilidad de falsa alarma debe ser igual o menor que 10-7. Estos valores de rendimiento requieren resoluciones espaciales en el rango del orden de decenas de metros.

Para garantizar una cobertura global de la superficie del mar, tfpicamente se considera un sector que tiene una anchura de aproximadamente 1000 km. Para reducir a un mmimo la ambiguedad en el rango, tfpicamente se usa una PRF del orden de 50/100 Hz.

La resolucion espacial en el rango esta tfpicamente fijada a unas pocas decenas de metros (tfpicamente entre 50 y 300 m) como una funcion de la banda de la senal transmitida. La resolucion espacial en azimut es tfpicamente del orden de unos pocos kilometros y se determina por la huella del haz de la antena en el terreno en azimut. Por

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ejemplo, la resolucion espacial en azimut de un sistema de radar que esta instalado bordo de un satelite que tiene una altura de 600 km, que funciona en la banda X a 9,6 GHz y que usa una antena que tiene una longitud de 10 m y una direccion de observacion con un angulo de incidencia de aproximadamente 70°, es tfpicamente 4,5 km.

En este sentido, la solicitud de patente de Estados Unidos N. ° US 2010/141507 A1 publicada el 10 de junio de 2010 (que en lo que sigue se identificara, por simplicidad, como Ref1) y el artfculo por J. Richard et al. titulado: “AN INNOVATIVE SPACEBORNE RADAR CONCEPT FOR GLOBAL MARITIME SURVEILLANCE: DESCRIPTION AND PERFORMANCE DEMONSTRATION", IEEE Geoscience y Remote Sensing Symposium, IGARSS 25 de julio de 2010, paginas 257-259, (que en lo que sigue se identificara, por simplicidad, como Ref2) sustancialmente describen uno y el mismo dispositivo de radar para vigilancia mantima, que se instala a bordo de un vehnculo a alta altitud, en particular un satelite, usa una PRF del orden de 100 Hz y un angulo de incidencia de aproximadamente 70°, y puede observar un sector que tiene una anchura de aproximadamente 1000 km con una resolucion en azimut de unas pocas decenas de metros y una resolucion en rango de unas pocas decenas de metros.

En particular, el dispositivo de radar descrito en Ref1 y Ref2 es un radar de apertura sintetica parcial que usa una tecnica de exploracion en recepcion, es decir, que usa:

• en transmision, un haz de antena que es muy ancho en el plano de elevacion de tal manera que ilumina un sector que tiene una anchura de aproximadamente 1000 km; y,

• en recepcion, un haz de antena que, en el plano de elevacion, es mas estrecho que el usado en transmision (en particular, es P veces mas estrecho, con P > 5).

Adicionalmente, el radar de apertura sintetica parcial anterior comprende medios de exploracion de recepcion, que, en recepcion, apuntan dinamicamente al haz de antena de recepcion siguiendo las direcciones de llegada del eco para aumentar la ganancia de recepcion.

Finalmente, el radar de apertura sintetica parcial anterior tambien aprovecha una tecnica de agilidad de frecuencia entre pulsos sucesivos.

Adicionalmente, el artfculo por M. Marzoug et al., titulado: “DESIGN OF A SPACEBORNE RADAR FOR TROPICAL RAIN MAPPING AT THE CLIMATOLOGICAL SCALE”, IEEE Geoscience y Remote Sensing Symposium, IGARSS '88, vol. 1, 12 de septiembre de 1988, paginas 247- 248, (que en lo que sigue se identificara, por simplicidad, como Ref3) describe un radar de vehnculos espaciales disenado para medir el nivel de lluvia tropical.

En particular, el radar descrito en Ref3 lleva a cabo mediciones de volumen en las que se proporciona la celula de resolucion tridimensional:

• en altura, por la resolucion en rango (enlazada a la banda de la senal transmitida); y

• con respecto a la base, por la huella de terreno de la antena (enlazada a la anchura del haz de la antena en azimut y elevacion).

En detalle, el radar descrito en Ref3 opera a una frecuencia de operacion cercana a 14 GHz usando agilidad de frecuencia (en particular, usa dos frecuencias desplazadas por 10 MHz), usa una PRF de 3500 Hz, y tiene una huella de terreno en el nadir de 1,6 km y una resolucion en rango de 250 m.

En uso, el radar descrito en Ref3 lleva a cabo, a traves de una exploracion del haz de antena, adquisiciones de muestra de areas discretas de la superficie de la Tierra separadas unas de las otras, tanto en la direccion del azimut como en la direccion de rastreo transversal, en 3 km para realizar mediciones volumetricas de muestra. Adicionalmente, el radar descrito en Ref3 puede ejecutar las adquisiciones de muestra anteriormente mencionadas en tres sectores paralelos, cada uno de los cuales tiene una anchura de 100 km.

La operacion del radar descrito en Ref3 es evidentemente inaplicable a un sistema de radar para vigilancia mantima. De hecho, como es conocido y se ha descrito anteriormente, un sistema de radar para vigilancia mantima tiene el fin de identificar un objetivo a traves de un area muy extensa de mar y, para este fin, realiza mediciones de la superficie en las que la celula de resolucion bidimensional esta limitada por la resolucion de la superficie de la Tierra (enlazada a la banda del pulso transmitido y el angulo de incidencia) y por el tamano del haz de la antena en la direccion de vuelo.

Objeto y sumario de la invencion

Como se ha descrito anteriormente, un sistema de radar para aplicaciones de vigilancia mantima debe poder observar sectores muy extensos, en particular sectores que tienen una anchura del orden de aproximadamente 1000 km, con una resolucion espacial del orden de decenas de metros, o, en cualquier caso, con una resolucion espacial comparable con las dimensiones de los objetivos que se pretenden detectar, en particular embarcaciones.

El objeto de la presente invencion es por lo tanto proporcionar un sistema de radar de apertura real (RAR) para uso

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a bordo de un vehnculo/plataforma a alta altitud, en particular a bordo de un vehnculo/plataforma espacial, espedficamente a bordo de un satelite, que puede garantizar el rendimiento anteriormente mencionado, que puede observar sectores muy extensos, en particular sectores con una anchura del orden de aproximadamente 1000 km, con una resolucion espacial del orden de decenas de metros, o, en cualquier caso, con una resolucion espacial comparable con las dimensiones de los objetivos que se pretende detectar, en particular embarcaciones.

El objeto anteriormente mencionado se consigue mediante la presente invencion en la medida en que se refiere a un sistema de radar de apertura real para vigilancia de la superficie de la Tierra y el correspondiente metodo de operacion, de acuerdo con lo que se define en las reivindicaciones adjuntas.

En particular, la presente invencion se refiere a un metodo de operacion de un sistema de radar de apertura real para vigilancia de la superficie de la Tierra, estando instalado dicho sistema de radar de apertura real en un vetnculo/plataforma espacial que se mueve en una direccion de vuelo y que comprende una antena transceptora, o una antena de transmision y una antena de recepcion, que es/son electronicamente orientables.

Dicho metodo comprende:

a) transmitir, mediante la antena transceptora/de transmision, una serie de M pulsos de radar hacia un sector de la superficie de la Tierra paralelo a la direccion de vuelo usando un haz de antena apuntado a dicho sector, en el que M es un numero entero mayor de dos;

b) para cada uno de los M pulsos de radar transmitidos, que se reciben, mediante la antena transceptora/de recepcion, una senal de eco correspondiente durante el intervalo de tiempo que transcurre entre transmision de dicho pulso de radar y la transmision del siguiente pulso de radar usando el mismo haz de antena que el usado para transmitir los M pulsos de radar; y

c) llevar a cabo ciclos de exploracion de elevacion, en el que cada ciclo de exploracion de elevacion se lleva a cabo repitiendo N veces las operaciones a) y b) y cambiando electronicamente, cada vez, la direccion de senalamiento en elevacion del haz de antena de modo que, en cada ciclo de exploracion de elevacion, los pulsos de radar se transmiten hacia, y las senales de eco se reciben desde, N sectores de la superficie de la Tierra que son paralelos a la direccion de vuelo y estan adyacentes o parcialmente solapantes, en el que N es un numero entero mayor que uno.

Adicionalmente, de acuerdo con la presente invencion, todos los pulsos de radar se transmiten:

• con una frecuencia de repeticion de pulso predefinida y una temporizacion predefinida del ciclo de exploracion de tal manera para garantizar una cobertura completa de cada uno de los N sectores en paralelo a la direccion de vuelo; y

• usando una tecnica de agilidad de frecuencia.

Preferentemente, la tecnica de agilidad de frecuencia se implementa usando las siguientes caractensticas:

• todos los pulsos de radar transmitidos pueden tener uno y el mismo ancho de banda predefinido;

• los M pulsos de radar transmitidos, en un ciclo de exploracion de elevacion, hacia uno y el mismo sector ocupan, cada uno, una respectiva banda de frecuencia que tiene dicho ancho de banda predefinido y se identifica por una respectiva frecuencia que esta separada, de las frecuencias de referencia de los pulsos de radar transmitidos inmediatamente antes e inmediatamente despues, por un primer salto de frecuencia que es mayor que dicho ancho de banda predefinido;

• las frecuencias de referencia de los M pulsos de radar transmitidos, en un ciclo de exploracion de elevacion, hacia uno y el mismo sector se seleccionan alrededor de una y la misma frecuencia de transmision central; y

• en cada ciclo de exploracion de elevacion se usa, para cada sector, una respectiva frecuencia de transmision central que esta separada, de las frecuencias de transmision central usadas en dicho ciclo de exploracion de elevacion para los otros sectores, por un segundo salto de frecuencia que es mayor que el primer salto de frecuencia.

Breve descripcion de los dibujos

Para un mejor entendimiento de la presente invencion, algunas realizaciones preferidas, proporcionadas simplemente a modo de ejemplo explicativo y no limitante, se ilustraran con referencia a los dibujos adjuntos (no a escala), en los que:

• La Figura 1 es una ilustracion esquematica de una geometna de referencia tfpica para observacion y vigilancia de la superficie de la Tierra mediante un radar de apertura real;

• La Figura 2 es una ilustracion esquematica de un ejemplo de logica de operacion de un sistema de radar de apertura real de acuerdo con la presente invencion; y

• La Figura 3 es una ilustracion esquematica de una arquitectura funcional proporcionada a modo de ejemplo de un sistema de radar de apertura real monoestatico de acuerdo con una realizacion preferida de la presente invencion.

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Descripcion detallada de realizaciones preferidas de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema de RAR para uso a bordo de un vehuculo/plataforma a alta altitud, en particular un vehuculo/plataforma espacial, espedficamente un satelite, para aplicaciones de vigilancia de la superficie de la Tierra, en particular para aplicaciones de vigilancia mantima. En lo que sigue, la presente invencion se describira, por simplicidad de presentacion y sin implicar esto ninguna perdida de generalidad, con referencia explfcita al caso de un sistema de RAR monoestatico. Por supuesto, los principios de operacion descritos en lo que sigue para el caso monoestatico pueden aplicarse, cambiando lo que corresponda, tambien al caso de un sistema de RAR biestatico.

La probabilidad de deteccion de un sistema de radar esta vinculada directamente a la relacion de senal a ruido (SNR) y a la relacion de senal a interferencia (SCR). Cuanto mayor son la SNR y la SCR, mas alta es la probabilidad de deteccion y mas baja la probabilidad de falsa alarma.

Los valores altos de SNR y SCR pueden obtenerse aumentando la potencia de la senal transmitida y/o la ganancia de antena, en particular, en el caso de un radar monoestatico, la ganancia de la unica antena usada para transmitir y recibir, o, en el caso biestatico, la ganancia de la antena de transmision y la ganancia de la antena de recepcion.

Los valores altos de SNR y SCR pueden obtenerse tambien anadiendo un numero de ecos sucesivos. Para poder hacer esto, es necesario que el ruido y la interferencia esten descorrelacionados entre un pulso de radar y el siguiente. Mientras que esto se cumple para el ruido de un tipo termico, no se cumple para la interferencia en el caso donde la distancia temporal entre dos ecos es menor que el tiempo de descorrelacion de la interferencia.

La presente invencion proviene de la intuicion del solicitante de aumentar la SNR y la SCR de un sistema de RAR aumentando la ganancia de antena usada para transmision y recepcion, manteniendo el tamano del sector invariable (aproximadamente 1000 km) y aprovechando una tecnica que posibilita la descorrelacion de la interferencia.

En particular, las ideas que subyacen la presente invencion son:

• el uso, tanto en transmision como en recepcion, de un haz de antena “estrecho”, es decir, con alta ganancia,

- explorando en el plano de elevacion para observar N (con N>1) sub-sectores (por ejemplo, cinco subsectores adyacentes o parcialmente solapantes, teniendo cada uno una anchura de aproximadamente 200 km), que juntos forman el sector global de interes (por ejemplo, que tiene una anchura de aproximadamente 1000 km); y

- con una ganancia de manera que posibilita la deteccion de un objetivo en interferencia del mar;

• el uso de una PRF de operacion (por ejemplo, 500 Hz) mas alta que las tfpicamente usadas para aplicaciones de vigilancia mantima (comprendidas normalmente entre 50 y 100 Hz) para obtener un numero de ecos suficiente para garantizar la ganancia de integracion requerida; y

• el uso de una tecnica de agilidad de frecuencia para descorrelacionar la interferencia del mar.

En detalle, el uso de un haz de antena “estrecho” con alta ganancia, explorando en el plano de elevacion para observar N sub-sectores, que juntos forman el sector global de interes posibilita que se obtenga un alto valor de SNR. El uso de una PRF de operacion alta (por ejemplo, 500 Hz) posibilita que se obtenga un numero de ecos suficiente para garantizar la ganancia de integracion requerida, pero desafortunadamente es responsable, al mismo tiempo, de que aumente la correlacion de la interferencia del mar entre un pulso de radar transmitido y el siguiente. Para evitar que esto tenga lugar, se aprovecha la agilidad de frecuencia.

De manera conveniente, cada ciclo de exploracion se completa en un intervalo de tiempo para garantizar una cobertura continua en la direccion del azimut.

Entrando en mayor detalle, la presente invencion incluye:

a) transmision, mediante un sensor de RAR, de un pulso de radar usando un haz de antena estrecho para iluminar una porcion (por ejemplo, que tiene una anchura de 1000/N km) del sector de interes con una ganancia de antena alta; el pulso transmitido alcanza el area iluminada por el haz que se inicia desde el borde mas cercano y a continuacion se propaga hacia el borde mas lejano; de la misma manera, y con una temporizacion igual a la de la senal transmitida, la senal de eco retrodispersada desde la superficie del mar y/o desde el objetivo se propaga y se recibe por el sensor de RAR;

b) recepcion, mediante el sensor de RAR, de la senal de eco debido al pulso transmitido n en el tiempo que transcurre entre la transmision del pulso “n” y la transmision del siguiente pulso n+1 (es decir, en el PRI que transcurre entre transmision del pulso n y la transmision del pulso n+1); la recepcion tiene lugar por medio de un haz de antena que tiene las mismas caractensticas que el usado en la transmision para tener una ganancia de antena tambien en recepcion; y

c) repeticion de las operaciones descritas en los puntos a) y b) para M PRI consecutivas (donde M es un numero entero mayor de dos, preferentemente mayor que N) y a continuacion volver a apuntar el haz de la antena hacia un subsector diferente para el que se realiza de nuevo las operaciones descritas en los puntos a) y b) M veces; el ciclo de exploracion de elevacion termina cuando todos los N sub-sectores se han observado para tener en las NxM PRI una adquisicion completa del area de interes (es decir, del sector global de interes).

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Como se ha mencionado previamente, los elementos que caracterizan un RAR para vigilancia mantima son la SNR y la SCR y el producto de la potencia transmitida y la ganancia necesaria para garantizar altos valores de SNR y SCR.

Los sistemas de RAR actualmente conocidos hacen uso de valores de PRF bajos (tfpicamente comprendidos entre 50 y 100 Hz) para garantizar:

• un sector no ambiguo de las dimensiones de referencia (aproximadamente 1000 km); y

• descorrelacion de la interferencia del mar entre dos ecos sucesivos.

Adicionalmente, muchos de los sistemas de RAR actualmente conocidos usan, tanto en transmision como en recepcion, un haz de antena muy ancho en el plano de elevacion y, en consecuencia, un valor bajo de ganancia de antena puede observar sectores extensos, es decir, sectores que tienen anchuras tipicamente de aproximadamente 1000 km. De esta manera, estos sistemas de RAR no pueden obtener un nivel de SNR suficiente para garantizar la probabilidad de deteccion requerida (es decir, igual a o mayor del 90 %).

En su lugar, la presente invencion se refiere a un sistema de exploracion de RAR “incoherente”, es decir, un sistema de RAR que:

• usa un haz de antena que, en el plano de elevacion (en particular, con referencia al sistema de referencia cartesiano xyz representado en la Figura 1 y anteriormente descrito, en el plano identificado por la direccion del nadir z y por la direccion de rastreo transversal y), es suficientemente estrecho para garantizar la SNR deseada;

• en reposiciones de uso, es decir, al volver a apuntar, el haz de antena en el plano de elevacion para cubrir el sector requerido (por ejemplo, que tiene una anchura de aproximadamente 1000 km) observando en serie diferentes areas de N sub-sectores que son paralelos a la direccion del azimut, que son adyacentes o parcialmente solapantes y juntos forman el sector global requerido;

• usa una PRF de operacion N veces mayor que la de un sistema de RAR convencional para obtener un numero de ecos suficiente para garantizar la ganancia de integracion requerida; y

• en uso implementa una tecnica de agilidad de frecuencia para descorrelacionar la interferencia del mar; en particular, transmite, con la PRF de operacion anteriormente mencionada, una serie de pulsos de radar, cada uno de los cuales ocupa una respectiva banda de frecuencia que esta separada de las bandas de frecuencia ocupadas por los pulsos de radar transmitidos inmediatamente antes de dicho pulso de radar e inmediatamente despues de dicho pulso de radar.

Adicionalmente, como se ha descrito anteriormente, en el pasado se ha propuesto tambien la posibilidad de usar un explorador en recepcion con haz de antena estrecho, tal como por ejemplo en el caso del radar de apertura sintetica parcial descrito en Ref1 y Ref2. En particular, el metodo de operacion de dicho radar de apertura sintetica parcial incluye:

1) transmision de un pulso de radar usando un haz de antena ancho para iluminar la totalidad del sector de interes (que tiene una anchura de 1000 km) con una ganancia de antena baja; el pulso transmitido alcanza el area iluminada por el haz que se inicia desde el borde mas cercano y a continuacion se propaga hacia el borde mas lejano; de la misma manera y con una temporizacion igual a la de la senal transmitida, la senal de eco retrodispersada desde la superficie del mar y/o desde el objetivo se propaga y se recibe por el radar;

2) la recepcion de la senal de eco debido al pulso transmitido “n” en el tiempo que transcurre entre la transmision del pulso “n” y la transmision del siguiente pulso “n+1” (es decir, en la PRI que transcurre entre la transmision del pulso n y la transmision del pulso n+1); tiene lugar la recepcion por medio de un haz estrecho con alta ganancia (en particular, P veces mas estrecho que el usado en la transmision, con P > 5), que cubre de manera instantanea unicamente una fraccion del sector, y que por lo tanto debe seguir, por medio de una exploracion en el plano de elevacion, la senal de eco de acuerdo con como esta se retrodispersa durante la PRI; y

3) repeticion de las operaciones descritas en los puntos 1) y 2) en cada PRI para todo el periodo de operacion del radar.

Debena observarse a continuacion que en la tecnica propuesta en Ref1 y Ref2 la exploracion en recepcion se lleva a cabo en cada PRI, mientras que de acuerdo con la presente invencion la exploracion no se lleva a cabo en cada PRI sino que se lleva a cabo cada M PRI.

Adicionalmente, el radar de apertura sintetica parcial descrito en Ref1 y Ref2 usa una PRF “baja” (en particular, 100 o 120 Hz) y un procesamiento coherente de tipo SAR (radar de apertura sintetica) de las senales de eco recibidas. Todo esto conlleva la presencia de ambiguedades marcadas que se consideran, sin embargo, en Ref1 y Ref2, insignificantes en el proceso de deteccion de los objetivos. En Ref1 y Ref2, la unica restriccion impuesta en la PRF (que se destaca, es la redproca de la PRI) es que debe ser suficientemente baja como para garantizar en cada adquisicion de PRI del eco que proviene desde el sector observado. En Ref1 y Ref2 la temporizacion de la exploracion del haz en recepcion se lleva a cabo en cada PRI y por lo tanto no requiere restricciones en la PRF.

En su lugar, de acuerdo con la presente invencion, la PRF (por ejemplo, 500 Hz) esta restringida al numero de posiciones de exploracion (es decir, al numero de sub-sectores) de tal manera que garantiza, en el tiempo asignado

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para cada subsector de acuerdo con las reglas de temporizacion que se describiran en lo que sigue, un numero suficiente de PRI y por lo tanto de pulsos necesarios para obtener la ganancia de integracion requerida. Esta restriccion no es necesaria en la tecnica propuesta en Ref1 y Ref2 puesto que todo el sector esta constantemente iluminado y todos los pulsos recibidos pueden integrarse.

Las diferencias anteriormente mencionadas entre el sistema de RAR de acuerdo con la presente invencion y el radar de apertura sintetica parcial descrito en Ref1 y Ref2 posibilitan a dicho sistema de RAR de acuerdo con la presente invencion que garantice rendimiento mas alto (en terminos de SNR y SCR y por lo tanto de probabilidad de deteccion y probabilidad de falsa alarma) en comparacion con aquellos del radar de apertura sintetica parcial descrito en Ref1 y Ref2.

Finalmente, debena destacarse que, puesto que el radar descrito en Ref3 realiza adquisiciones de muestra de areas discretas de la superficie de la Tierra para hacer mediciones volumetricas de muestra, evidentemente no puede usarse para fines de vigilancia mantima, el objetivo de la cual es identificar objetivos a traves de un area muy extensa de mar haciendo mediciones de superficie. En cualquier caso, se pretende en este punto senalar que el mecanismo de exploracion y los fines de la exploracion descritos en Ref3 son completamente diferentes de aquellos de la presente invencion.

En lo que sigue, por simplicidad de descripcion, el sistema de RAR de acuerdo con la presente invencion se denominara en ocasiones sistema SCANRAR para destacar la caractenstica de operacion de dicho sistema de RAR de volver a apuntar el haz de antena en el plano de elevacion de tal manera para hacer una exploracion del sector global iluminando, de manera selectiva y en serie, N subsectores adyacentes o parcialmente solapantes.

Para un mejor entendimiento de la presente invencion, la Figura 2 es una ilustracion esquematica de un ejemplo de la logica de operacion de un sistema SCANRAR de acuerdo con la presente invencion.

En particular, en el ejemplo ilustrado en la Figura 2 el sistema de SCANRAR vuelve a apuntar el haz de antena en el plano de elevacion para ejecutar una exploracion de un sector global de mas de 1000 km iluminando, de manera selectiva y en serie, diferentes areas de N=5 subsectores parcialmente solapantes, cada uno de los cuales tiene una anchura mayor de 200 km.

En detalle, la Figura 2 (donde el sistema de referencia cartesiano usado corresponde sustancialmente al previamente introducido en la Figura 1) muestra un satelite 20 que esta equipado con un sensor de RAR (no ilustrado en la Figura 2 por simplicidad de ilustracion) y que se mueve en una direccion de vuelo d que identifica en la superficie de la Tierra la direccion del azimut x. En el ejemplo ilustrado en la Figura 2, el sensor de RAR transmite, con una PRF de operacion predefinida (por ejemplo, 500 Hz), pulsos de radar cada uno con un respectivo angulo de elevacion para iluminar, de manera selectiva y en serie, diferentes areas de N=5 sub-sectores paralelos a la direccion del azimut x y solapando parcialmente, cada uno de los cuales tiene una anchura Wi (con i=1, 2 , 3,4 , 5) mayor de 200 km perpendicularmente a la direccion del azimut x (es decir, paralelamente a la direccion de rastreo transversal y) . De esta manera, el sensor de RAR a bordo del satelite 20 gestiona para observar un sector global que tiene una anchura Wtot de mas de 1000 km perpendicularmente a la direccion del azimut x (es decir, paralelamente a la direccion de rastreo transversal y).

Entrando en detalle adicional, el sensor de RAR a bordo del satelite 20 lleva a cabo una serie de operaciones de transmision y recepcion de radar, cada una de las cuales incluye:

• transmision de un pulso de radar en una respectiva direccion de senalamiento usando un haz de antena “estrecho”, es decir, con alta ganancia, para iluminar un area correspondiente de la superficie de la Tierra con dicho pulso de radar transmitido; y

• recepcion, en la direccion de senalamiento, de la senal de eco que corresponde a dicho pulso de radar transmitido (es decir, retrodispersado desde el area iluminada) usando un haz de antena que tiene las mismas caractensticas que el usado en transmision para tener una ganancia de antena alta tambien en recepcion.

Las direcciones de senalamiento usadas por el sensor de RAR a bordo del satelite 20 forman:

• todas sustancialmente uno y el mismo error de directividad, de manera convencional un angulo recto, con la direccion de vuelo d; y

• cada una un respectivo angulo de elevacion con la direccion del nadir z.

En el ejemplo ilustrado en la Figura 2, los angulos en elevacion usados por el sensor de RAR a bordo del satelite 20 son cinco (en general N), cada uno de los cuales corresponde a uno de los N=5 sub-sectores a observar.

En particular, el sensor de RAR a bordo del satelite 20 en uso transmite una serie de M pulsos de radar (donde M es un numero entero mayor de dos, preferentemente mayor de N), cambiando, al final de cada serie de M pulsos, el angulo de elevacion usado de tal manera para iluminar, de manera selectiva y en serie, areas parcialmente solapantes de los cinco sub-sectores a observarse.

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Espedficamente, en el ejemplo ilustrado en la Figura 2, el sensor de RAR a bordo del satelite 20, durante el desplazamiento en la direccion de vuelo d, observa (es decir, ilumina con una respectiva serie de M pulsos de radar, y recibe los correspondientes ecos desde):

• una primera area del subsector designado en la Figura 2 en 1 usando, en el senalamiento de la antena, un primer angulo de elevacion que corresponde a dicho subsector 1;

• una primera area del subsector designado en la Figura 2 en 2 usando, en el senalamiento de la antena, un segundo angulo de elevacion que corresponde a dicho subsector 2, dicha primera area del subsector 2 solapando parcialmente con la primera area anteriormente mencionada del subsector 1;

• una primera area del subsector designado en la Figura 2 en 3 usando, en el senalamiento de la antena, un tercer angulo de elevacion que corresponde a dicho subsector 3, dicha primera area del subsector 3 solapando parcialmente con la primera area anteriormente mencionada del subsector 2;

• una primera area del subsector designado en la Figura 2 en 4 usando, en el senalamiento de la antena, un cuarto angulo de elevacion que corresponde a dicho subsector 4, dicha primera area del subsector 4 solapando parcialmente con la primera area anteriormente mencionada del subsector 3;

• una primera area del subsector designado en la Figura 2 en 5 usando, en el senalamiento de la antena, un quinto angulo de elevacion que corresponde a dicho subsector 5, dicha primera area del subsector 5 solapando parcialmente con la primera area anteriormente mencionada del subsector 4;

• una segunda area del subsector 1 usando, en el senalamiento de la antena, de nuevo el primer angulo de

elevacion, dicha segunda area del subsector 1 solapando parcialmente con la primera area anteriormente

mencionada del subsector 1;

• una segunda area del subsector 2 usando, en el senalamiento de la antena, de nuevo el segundo angulo de

elevacion, dicho segundo area del subsector 2 solapando parcialmente con el segundo area anteriormente

mencionada del subsector 1 y solapando parcialmente con la primera area anteriormente mencionada del subsector

2;

• y asf sucesivamente.

Debena destacarse que el esquema de exploracion dclico en elevacion de los cinco sub-sectores anteriormente descrito es simplemente un ejemplo de las diferentes estrategias de la exploracion dclica en elevacion que pueden adoptarse. De hecho, debena senalarse que el sistema SCANRAR de acuerdo con la presente invencion puede usar de manera conveniente cualquier esquema predefinido de exploracion dclica de los N sub-sectores.

Preferentemente, el sensor de RAR a bordo del satelite 20 en uso implementa agilidad de frecuencia de la siguiente manera:

• para cada iesimo subsector (con i=1, 2, 3, 4, 5), el sensor de RAR transmite en serie M respectivos pulsos de radar hacia dicho subsector;

• todos los pulsos de radar transmitidos por el sensor de RAR tienen uno y el mismo ancho de banda predefinido;

• cada uno de los M pulsos de radar transmitidos en serie por el sensor de RAR hacia uno y el mismo subsector ocupa una respectiva banda de frecuencia que tiene dicho ancho de banda predefinido y se identifica por una respectiva frecuencia de referencia (por ejemplo, la frecuencia inicial o central) que esta separada, de las frecuencias de referencia de los pulsos de radar transmitidos inmediatamente antes e inmediatamente despues, por un primer salto de frecuencia que es ligeramente mayor que el ancho de banda predefinido anteriormente mencionado y es menor que el salto de frecuencia que provoca la descorrelacion de un posible objetivo presente en la escena observada;

• el sensor de RAR, para cada iesimo subsector (con i=1, 2, 3, 4, 5), selecciona las frecuencias de referencia de los M respectivos pulsos de radar transmitidos en serie hacia dicho subsector alrededor de una respectiva frecuencia de transmision central; y

• el sensor de RAR usa, para cada iesimo subsector (con i=1, 2, 3, 4, 5), una respectiva frecuencia de transmision central que esta separada, de las frecuencias de transmision central usadas para los otros sub-sectores, en un segundo salto de frecuencia que es mayor que el primer salto de frecuencia (de manera conveniente, es N veces mayor que el ancho de banda predefinido anteriormente mencionado) para reducir los efectos de las ambiguedades entre los diferentes sub-sectores.

El sistema SCANRAR de acuerdo con la presente invencion posibilita la mejora, en comparacion con un sistema convencional, de la senal util en un factor de 10log(N) tanto en transmision como en recepcion. Por ejemplo, en el caso ilustrado en la Figura 2, la ganancia mejora en un factor de 14 dB.

Adicionalmente, el metodo de operacion del sistema SCANRAR de acuerdo con la presente invencion no exige el desarrollo de nuevo hardware, puesto que es posible usar el hardware ya usado en sistemas SAR actuales que operan en el denominado modo SCANSAR.

Un elemento clave de un sistema RAR es la ganancia de integracion IG obtenida anadiendo un cierto numero de ecos para aumentar la SNR y la SCR. La ganancia de integracion IG requiere, para todos los ecos a anadirse juntos, que:

• el objetivo debena permanecer coherente; y

• la interferencia debena estar descorrelacionada.

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El tiempo de correlation Tcorr de la interferencia del mar depende de la frecuencia usada por el radar. En la banda X, este tiempo es aproximadamente 20 ms. Esto implica que la PRF maxima tenga para tener descorrelacion de la interferencia del mar entre un pulso y otro sea:

PRF = —^ = 50Hz .

T

corr

En consecuencia, el uso de una PRF de operation de 500 Hz reduce la ganancia de integration IG en aproximadamente 10 dB, es decir, 10log(500/50) .

El uso de agilidad de frecuencia desde un pulso al siguiente por lo tanto sirve para descorrelacionar la interferencia del mar, con la condition de que el salto de frecuencia entre sucesivos pulsos sea mayor que la banda del pulso transmitido y menor que el salto de frecuencia que provoca la descorrelacion tambien del objetivo.

Como se ha descrito anteriormente, el sistema SCANRAR de acuerdo con la presente invention obtiene la senal de eco desde el sector observando, de manera selectiva y ciclica, N sub-sectores, es decir, llevando a cabo, en transmision y reception, una exploration de los haces de antena en el plano de elevation de acuerdo con un esquema de exploracion ciclico predefinido.

De manera conveniente, los subsectores solapan parcialmente en los bordes para garantizar cobertura, sin ninguna discontinuidad, en una direction perpendicular a la direction del azimut x, es decir, paralela a la direction de rastreo transversal y. El tiempo en el que se observa cada subsector se define de tal manera para garantizar cobertura continua en la direccion del azimut x.

La PRF de operacion se elige de tal manera para evitar retornos ambiguos en el rango. En particular, el valor de la PRF de operacion se define de manera conveniente de acuerdo con la siguiente ecuacion:

imagen1

donde c es la velocidad de la luz y Wssw es la anchura del subsector perpendicularmente a la direccion del azimut x, es decir, paralelamente a la direccion de rastreo transversal y.

El tiempo de integracion (es decir, el tiempo en el que el sistema SCANRAR transmite a, y recibe desde, uno y el mismo subsector) se define para evitar cualquier discontinuidad de cobertura en la direccion del azimut. La election de los valores se realiza de acuerdo con la siguiente ecuacion:

TFj = TDj + TRj , V/ (2)

donde j es el subsector considerado (donde j esta comprendido entre 1 y N) , TFj es el tiempo total en el que podria observarse un objetivo similar a punto si no se realizara exploracion, TDj es el “tiempo de permanencia” o tiempo de observation de cada subsector, y TRj es el “tiempo de retorno” o tiempo requerido para evitar cualquier discontinuidad de observacion en la direccion del azimut x en cada unico subsector.

El tiempo TFj en el que un objetivo similar a punto podria observarse si no se realizara exploracion puede calcularse basandose en la siguiente ecuacion:

imagen2

donde vgi es la velocidad del haz en la superficie de la Tierra a una distancia (“rango de inclination”) Rj de la antena del sistema SCANRAR, X es la longitud de onda usada, y L es la longitud de la antena del sistema SCANRAR en una direccion paralela a la direccion de vuelo d, es decir, a la direccion del azimut x.

Como se ha descrito anteriormente, la ganancia de integracion IG requiere, para el numero de ecos a anadirse juntos, que:

• el objetivo deberia permanecer coherente; y

• la interferencia deberia estar descorrelacionada.

Para mejorar la relation de senal a ruido SNR, deberia anadirse juntos un gran numero de ecos; esto implica un valor alto para la PRF. El tiempo de correlacion Tcorr de la interferencia del mar depende de la frecuencia usada. En la banda X, este tiempo es aproximadamente 20 ms. Esto implica que la maxima frecuencia de repetition de pulso

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PRFmax que garantiza la descorrelacion de la interferencia del mar se proporciona por la siguiente ecuacion:

imagen3

Por ejemplo, en la banda X la maxima PRF que garantiza la descorrelacion de la interferencia del mar es igual a 50 Hz. El uso de PRF superiores (segun se requiere para mejorar la SNR) reducina el factor IG en una perdida de termino igual a:

Perdida = 10 log (PRF ■ Tcorr) (5)

El uso de agilidad de frecuencia descorrelaciona la interferencia del mar suponiendo que el salto de frecuencia es mayor que la banda del pulso transmitido y menor que el salto de frecuencia que provoca la descorrelacion del mismo objetivo. Una estimacion empmca de la minima frecuencia fdecorr que provoca la descorrelacion del objetivo

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donde c es la velocidad de la luz, y D es el tamano del objetivo generico que se ha de detectar.

imagen4

El numero Nfreq de saltos de frecuencia a usarse antes de retornar al valor inicial se proporciona mediante la siguiente ecuacion:

Nfreq=Tcorr-PRF (7)

Las restricciones previamente definidas en la temporizacion garantizan de manera simultanea la continuidad de la cobertura en la direccion del azimut y la finalizacion del ciclo de exploracion para todo el sector de interes. En particular, dichas restricciones en la temporizacion del ciclo de exploracion garantizan el sistema SCANRAR una cobertura continua en la direccion del azimut, provocando, en cada ciclo de exploracion, el haz de antena que corresponde al iesimo subsector para iluminar un area que, en la direccion del azimut, solapa parcialmente con la iluminada en el ciclo de exploracion anterior.

Se ilustra en la Figura 3 es un diagrama de bloques funcional que representa una arquitectura funcional proporcionada a modo de ejemplo de un sistema de RAR monoestatico (designada como una totalidad por 30) de acuerdo con una realizacion preferida de la presente invencion.

En particular, como se ilustra en la Figura 3, el sistema de RAR 30 incluye principalmente dos subsistemas: una electronica de radar 31 y una antena electronicamente orientable 32.

En detalle, la electronica del radar 31 esta configurada para:

• gestionar y controlar todo el sistema de RAR 30 (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de una unidad de control 311);

• sincronizar las operaciones ejecutadas (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de un modulo de control de referencia de tiempo 312);

• generar los pulsos de radar a transmitirse (las denominadas “senales de fluctuacion de banda base”) (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de un generador de pulsos 313);

• generar las frecuencias de referencia para transmision (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de un modulo de generacion de senal de referencia 314);

• desplazar en frecuencia los pulsos a transmitirse para proporcionarlos desde la banda base a las frecuencias de transmision (amplificandolos de manera conveniente y filtrandolos) (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de un denominado “modulo de conversion ascendente” 315);

• desplazar en frecuencia las senales de eco de frecuencia de radio (RF) recibidas por la antena 32 para proporcionarlas desde las frecuencias de recepcion a banda base (amplificandolas de manera conveniente y filtrandolas) (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de un denominado “modulo de conversion descendente” 316); y

• realizar una conversion de analogico a digital de las senales de eco recibidas y llevarlas a banda base y manejar los datos (comprimiendolos de manera conveniente y formateandolos) (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de un modulo de digitalizacion y gestion de datos 317).

Adicionalmente, la antena electronicamente orientable 32 esta configurada para:

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• sintetizar, en transmision y recepcion, los haces de antena deseados, es decir, generar el haz de antenas con la forma deseada, senalamiento y ganancia (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, por medio de una red de distribucion y formacion de haces 321);

• llevar a cabo exploracion del haz de antena en el plano de elevacion;

• realizar amplificacion de potencia de las senales a transmitirse (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, mediante los medios de amplificacion de potencia 322);

• realizar amplificacion con figura de bajo ruido de las senales de eco recibidas (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, mediante los medios de amplificacion con figura de bajo ruido 323); y

• radiar las senales a transmitirse y recibir las senales de eco (por ejemplo, como se ilustra en la Figura 3, mediante los medios transceptores de espacio libre 324).

De manera conveniente, el sistema de RAR 30 puede obtenerse aprovechando el hardware convencional de un sistema de SAR que opera en modo SCANSAR y que emplea un generador de pulsos programable.

Los elementos principales del sistema de RAR 30 son el generador de pulsos 313 y la antena electronicamente orientable 32.

El generador de pulsos 313 en uso genera las formas de onda (pulsos) para transmitirse con las caractensticas requeridas por la aplicacion. En particular, cada pulso de radar generado en uso por el generador de pulsos 313 tiene una duracion respectiva (predefinida) y ocupa una banda de frecuencia respectiva (predefinida) identificada por una frecuencia de referencia (para agilidad de frecuencia) respectiva (predefinida).

El generador de pulsos 313 puede obtenerse de manera conveniente usando cualquiera de las tecnologfas analogicas, por ejemplo usando dispositivos de onda acustica superficial (SAW), o tecnologfas digitales, por ejemplo arquitecturas de un tipo MRO (Lectura de Memoria) o de un tipo DdS (Smtesis Digital Directa).

Preferentemente, el generador de pulsos 313 esta basado en una arquitectura DDS. De hecho, esta solucion optimiza la eleccion de los parametros de forma de onda (duracion, banda, frecuencia de inicio), garantizando la maxima flexibilidad para agilidad de frecuencia.

La antena 32 puede obtenerse de manera conveniente usando:

• un denominado “conjunto en fase” de un tipo activo; o de otra manera

• un reflector iluminado por

- un conjunto, o agrupacion de alimentaciones con amplificacion de potencia concentradas en un unico dispositivo, o

- una serie de alimentacion activa.

A partir de la descripcion anterior, las ventajas de la presente invencion son inmediatamente evidentes.

En particular, debena destacarse que el sistema de RAR y el correspondiente metodo de operacion de acuerdo con la presente invencion posibilitan que se observen sectores muy extensos, en particular sectores que tienen una anchura del orden de aproximadamente 1000 km, con una resolucion espacial del orden de decenas de metros, o, en cualquier caso, con una resolucion espacial comparable con las dimensiones de los objetivos que se han de detectar, en particular embarcaciones. En consecuencia, la presente invencion halla ventaja, aunque no exclusivamente, en aplicacion en vigilancia mantima.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un metodo de operacion de un sistema de radar de apertura real (30) para vigilancia de la superficie de la Tierra, estando instalado dicho sistema de radar de apertura real (30) en un vehnculo/plataforma espacial (20) que se mueve en una direccion de vuelo y que comprende una antena transceptora (32), o una antena de transmision y una antena de recepcion, que es/son electronicamente orientables;

comprendiendo el metodo:

a) transmitir, mediante la antena transceptora/de transmision (32), una serie de M pulsos de radar hacia un sector de la superficie de la Tierra paralelo a la direccion de vuelo usando un haz de antena apuntado a dicho sector, en el que M es un numero entero mayor que dos;

b) para cada uno de los M pulsos de radar transmitidos, recibir, mediante la antena transceptora/de recepcion (32), una correspondiente senal de eco durante el intervalo de tiempo que transcurre entre la transmision de dicho pulso de radar y la transmision del siguiente pulso de radar usando el mismo haz de antena que el usado para transmitir los M pulsos de radar;

c) llevar a cabo ciclos de exploracion de elevacion, en el que cada ciclo de exploracion de elevacion se lleva a cabo repitiendo N veces las operaciones a) y b) y cambiando electronicamente, cada vez, la direccion de senalamiento en elevacion del haz de antena de modo que, en cada ciclo de exploracion de elevacion, los pulsos de radar se transmiten hacia, y las senales de eco se reciben desde, N sectores de la superficie de la Tierra que son paralelos a la direccion de vuelo y son adyacentes o parcialmente solapantes, en el que N es un numero entero mayor que uno; en el que todos los pulsos de radar se transmiten:

• con una frecuencia de repeticion de pulso predefinida y una temporizacion predefinida del ciclo de exploracion de tal manera para garantizar una cobertura completa de cada uno de los N sectores paralelamente a la direccion de vuelo; y

• usando una tecnica de agilidad de frecuencia;

en el que todos los pulsos de radar transmitidos tienen uno y el mismo ancho de banda predefinido;

en el que los M pulsos de radar transmitidos, en un ciclo de exploracion de elevacion, hacia uno y el mismo sector

ocupan, cada uno, una respectiva banda de frecuencia que tiene dicho ancho de banda predefinido y se identifica

por una frecuencia de referencia respectiva que esta separada, de las frecuencias de referencia de los pulsos de

radar transmitidos inmediatamente antes e inmediatamente despues, por un primer salto de frecuencia;

en el que dicho primer salto de frecuencia es mayor que dicho ancho de banda predefinido y es menor que un valor

que:

• indica el salto de frecuencia mmimo que provoca una descorrelacion de un objetivo iluminado por dos pulsos de radar sucesivos que tienen frecuencias de referencia separadas por al menos dicho salto de frecuencia mmimo; y

• esta relacionado a un tamano de referencia de un objetivo generico a detectarse por el sistema de radar de apertura real (30);

en el que las frecuencias de referencia de los M pulsos de radar transmitidos, en un ciclo de exploracion de elevacion, hacia uno y el mismo sector se seleccionan alrededor de una y la misma frecuencia de transmision central;

y en el que en cada ciclo de exploracion de elevacion se usa una respectiva frecuencia de transmision central para cada sector, respectiva frecuencia de transmision central que esta separada, de las frecuencias de transmision central usadas en dicho ciclo de exploracion de elevacion para los otros sectores, por un segundo salto de frecuencia que es mayor que el primer salto de frecuencia.
2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el segundo salto de frecuencia es mayor en un factor de hasta N que el ancho de banda predefinido.
3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la direccion de senalamiento del haz de antena se define por un angulo de elevacion con respecto al nadir del sistema de radar de apertura real (30) y mediante un error de directividad con respecto a la direccion de vuelo; y en el que cada ciclo de exploracion de elevacion se lleva a cabo repitiendo N veces las operaciones a) y b), cambiando electronicamente, cada vez, el angulo de elevacion y manteniendo el error de directividad constante.
4. El metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion 1-3, en el que la frecuencia de repeticion de pulso predefinida es:

• mayor que un primer valor que indica la frecuencia de repeticion de pulso maxima que garantiza una descorrelacion de la interferencia; y

• menor que, o igual a, un segundo valor relacionado con una anchura de los N sectores perpendicularmente a la direccion de vuelo.
5. El metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que la frecuencia de repeticion de pulso predefinida es 500 Hz.
6. El metodo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que M es un numero entero mayor que N.
7. Un sistema de radar de apertura real (30) para vigilancia de la superficie de la Tierra, que:

• esta disenado para instalarse en un vetnculo/plataforma espacial (20);

• comprende una antena transceptora (32), o una antena de transmision y una antena de recepcion, que es/son electronicamente orientables; y

• esta configurado para llevar a cabo el metodo de operacion reivindicado en cualquier reivindicacion anterior.

5 8. Un satelite (20) que comprende el sistema de radar de apertura real (30) reivindicado en la reivindicacion 7.
9. Un vetnculo espacial que comprende el sistema de radar de apertura real (30) reivindicado en la reivindicacion 7.