ITUB20151776A1 - Device for moving a radar system - Google Patents
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Description
“Dispositivo di movimentazione di un sistema radar” "Handling device of a radar system"
Ambito dell’invenzione Scope of the invention
La presente invenzione riguarda il campo del telerilevamento radar per il monitoraggio ambientale. The present invention relates to the field of radar remote sensing for environmental monitoring.
In particolare, l’invenzione riguarda l’ambito dell’interferometria mediante tecnologia SAR (Synthetic Aperture Radar). In particular, the invention relates to the field of interferometry using SAR (Synthetic Aperture Radar) technology.
Descrizione della tecnica nota Description of the prior art
Come noto, l’interferometria mediante tecnologia SAR prevede la movimentazione lungo una traiettoria rettilinea o curvilinea di una o più antenne radar, in modo da ottenere informazioni supplementari sugli oggetti presenti nell’immagine grazie all'informazione contenuta nella fase del segnale di ritorno. In particolare, si ricavano informazioni dalla differenza di fase del segnale ottenuta a partire da misurazioni dello stesso pixel effettuate da posizioni differenti. As known, interferometry using SAR technology involves the movement along a straight or curved trajectory of one or more radar antennas, in order to obtain additional information on the objects present in the image thanks to the information contained in the phase of the return signal. In particular, information is obtained from the phase difference of the signal obtained starting from measurements of the same pixel carried out from different positions.
Questa tecnologia risulta molto utile per il monitoraggio di versanti, facciate di edifici, paramenti di dighe, ponti ed altro, per ottenere misure con precisione sub-millimetrica degli spostamenti del terreno o delle strutture, allo scopo di prevedere in anticipo possibili crolli o danni e permettere di attivare metodi di prevenzione e ripristino o, nei casi peggiori, comunque di garantire il tempo utile per sgomberare l’area potenzialmente interessata dal crollo e quindi garantire l’incolumità di chi lavora, abita o frequenta l’area stessa. This technology is very useful for monitoring slopes, building facades, dam faces, bridges and more, to obtain sub-millimeter precision measurements of the displacements of the ground or structures, in order to predict in advance possible collapses or damage and allow to activate prevention and restoration methods or, in the worst cases, to guarantee the time needed to clear the area potentially affected by the collapse and therefore guarantee the safety of those who work, live or frequent the area itself.
Per applicare la tecnologia SAR, sono noti dispositivi che prevedono l’utilizzo di guide rettilinee motorizzate sulle cui slitte vengono posizionate antenne radar che vengono movimentate a passi o in continuo. To apply SAR technology, devices are known that involve the use of motorized rectilinear guides on whose slides radar antennas are positioned and moved in steps or continuously.
Sono altresì noti dispositivi che movimentano antenne radar su traiettorie curvilinee, allo scopo di effettuare acquisizioni mediante tecnologia c.d. “arcSAR”. In particolare, questi sistemi sfruttano un unico braccio rotante, al termine del quale si monta il sistema radar. Devices are also known which move radar antennas on curvilinear trajectories, in order to carry out acquisitions using so-called technology. "ArcSAR". In particular, these systems use a single rotating arm, at the end of which the radar system is mounted.
I principi di funzionamento dell’interferometria mediante tecnologie SAR o arcSAR sono descritti, ad esempio, in: The operating principles of interferometry using SAR or arcSAR technologies are described, for example, in:
� “Remote monitoring of buildings using a ground based SAR: application to cultural heritage survey”, D. Tarchi (2000); � “Remote monitoring of buildings using a ground based SAR: application to cultural heritage survey”, D. Tarchi (2000);
“Terrain Mapping by Ground-Based Interferometric Radar”, Massimiliano Pieraccini (2001); “Terrain Mapping by Ground-Based Interferometric Radar”, Massimiliano Pieraccini (2001);
“Landslide monitoring by using ground-based SAR interferometry: an example of application to the Tessina landslide in Italy” Dario Tarchi (2003); “A ground-based Arc-scanning synthetic aperture radar (ArcSAR) system and focusing algorithms”, Hoonyol (2010); “Landslide monitoring by using ground-based SAR interferometry: an example of application to the Tessina landslide in Italy” Dario Tarchi (2003); “A ground-based Arc-scanning synthetic aperture radar (ArcSAR) system and focusing algorithms”, Hoonyol (2010);
CH699249 “One-dimensional imaging radar measurements implementing method for acquiring, surveying and monitoring terrain and object movements, involves determining geometrical resolution by radar delay or distance resolution procedure” (2010); CH699249 “One-dimensional imaging radar measurements implementing method for acquiring, surveying and monitoring terrain and object movements, involves determining geometrical resolution by radar delay or distance resolution procedure” (2010);
EP2392943 “Synthetic-aperture radar system and operating method for monitoring ground and structure displacements suitable for emergency conditions” (2011). EP2392943 "Synthetic-aperture radar system and operating method for monitoring ground and structure displacements suitable for emergency conditions" (2011).
Tuttavia, tutti i sistemi di tecnica nota che realizzano questo tipo di interferometria hanno lo svantaggio di non essere convertibili, ossia di non poter muovere il radar sia su una traiettoria rettilinea (SAR) sia su una traiettoria curvilinea (arcSAR), e dunque le due tecniche non possono essere fra loro combinate dallo stesso strumento. However, all the systems of the known technique that carry out this type of interferometry have the disadvantage of not being convertible, i.e. of not being able to move the radar both on a straight trajectory (SAR) and on a curvilinear trajectory (arcSAR), and therefore the two techniques cannot be combined with each other by the same instrument.
Inoltre, gli strumenti di tecnica nota che realizzano questa tecnologia hanno generalmente un ingombro elevato, in quanto necessitano di binari di almeno 2-3 metri per la movimentazione dei radar. Questo aspetto rende molto complessa la movimentazione di questi apparecchi per posizionarli nel luogo da cui effettuare il telerilevamento. Furthermore, the instruments of the known art which carry out this technology generally have a large footprint, since they require tracks of at least 2-3 meters for the movement of the radars. This aspect makes the handling of these devices very complex to position them in the place from which to carry out the remote sensing.
Un altro svantaggio dei suddetti apparecchi risiede nell’esposizione dei binari alle intemperie e allo sporco. In particolare, in caso di neve all’interno dei binari tende a formarsi uno strato di ghiaccio che a lungo andare crea una resistenza maggiore della coppia disponibile al motore. Another disadvantage of the aforementioned devices lies in the exposure of the tracks to bad weather and dirt. In particular, in the event of snow, a layer of ice tends to form inside the tracks which in the long run creates a resistance greater than the torque available to the engine.
Sintesi dell’invenzione Summary of the invention
È quindi scopo della presente invenzione fornire un’apparecchiatura per interferometria SAR che permetta di movimentare le antenne radar sia su una traiettoria rettilinea, per effettuare interferometria SAR lineare, sia su una traiettoria arcuata, per effettuare interferometria SAR curvilinea, o arcSAR. It is therefore the purpose of the present invention to provide an apparatus for SAR interferometry that allows the radar antennas to be moved both on a straight path, to perform linear SAR interferometry, and on an arcuate trajectory, to perform curvilinear SAR interferometry, or arcSAR.
È inoltre scopo della suddetta invenzione fornire un’apparecchiatura che abbia un ingombro minore rispetto alle apparecchiature di tecnica nota, soprattutto quando l’apparecchiatura non è in uso e deve essere trasportata. It is also the aim of the aforementioned invention to provide an equipment that has a smaller footprint than the equipment of the known art, especially when the equipment is not in use and must be transported.
È ancora scopo della suddetta invenzione fornire un’apparecchiatura che sia impiegabile anche in climi rigidi senza che il ghiaccio e la neve blocchino il movimento del radar. It is still the aim of the aforementioned invention to provide equipment that can also be used in harsh climates without ice and snow blocking the movement of the radar.
Questi ed altri scopi sono raggiunti da un’apparecchiatura per interferometria SAR comprendente: These and other purposes are achieved by a SAR interferometry equipment comprising:
almeno un’antenna radar atta ad emettere e ricevere un segnale con frequenza nel campo delle microonde; at least one radar antenna capable of emitting and receiving a signal with frequency in the microwave range;
mezzi di movimentazione atti a movimentare detta o ciascuna antenna radar lungo una traiettoria s in modo tale che detta o ciascuna antenna attui la tecnica SAR; handling means adapted to move said or each radar antenna along a trajectory s in such a way that said or each antenna carries out the SAR technique;
la cui caratteristica principale è che i mezzi di movimentazione comprendono: the main feature of which is that the handling means include:
una base di supporto; a support base;
una catena cinematica atta a fornire a detta o ciascuna antenna radar almeno 3 gradi di libertà rotazionali rispetto alla base di supporto; detta catena cinematica comprendendo: a kinematic chain adapted to provide said or each radar antenna at least 3 rotational degrees of freedom with respect to the support base; said kinematic chain comprising:
un link rigido prossimale avente una prima estremità e una seconda estremità; a proximal rigid link having a first end and a second end;
un primo vincolo rotoidale atto a connettere girevolmente la prima estremità del link rigido prossimale alla base di supporto; a first rotoidal constraint adapted to rotatably connect the first end of the proximal rigid link to the support base;
un link rigido distale avente una prima estremità e una seconda estremità, detto link rigido distale essendo girevolmente connesso al link rigido prossimale; a distal rigid link having a first end and a second end, said distal rigid link being rotatably connected to the proximal rigid link;
un secondo vincolo rotoidale atto a connettere girevolmente la seconda estremità del link rigido distale a detta o ciascuna antenna radar (110); a second rotoidal constraint adapted to rotatably connect the second end of the distal rigid link to said or each radar antenna (110);
in modo tale che la traiettoria s possa essere rettilinea, per effettuare interferometria SAR lineare, e/o curvilinea, per effettuare interferometria SAR curvilinea. so that the trajectory s can be rectilinear, to perform linear SAR interferometry, and / or curvilinear, to perform curvilinear SAR interferometry.
L’apparecchiatura prevista dalla presente invenzione risulta quindi molto più versatile rispetto alle apparecchiature di tecnica nota, in quanto permette di movimentare le antenne radar secondo una vasta gamma di possibili traiettorie. The equipment envisaged by the present invention is therefore much more versatile than the prior art equipment, as it allows the radar antennas to be moved according to a wide range of possible trajectories.
Inoltre, la presente invenzione consente di superare gli inconvenienti di tecnica nota sopra descritti dovuti al blocco delle rotaie a causa di detriti o ghiaccio. Furthermore, the present invention allows to overcome the drawbacks of the known art described above due to the blockage of the rails due to debris or ice.
In particolare, la traiettoria s può essere un arco di circonferenza. In particular, the path s can be an arc of circumference.
Vantaggiosamente, le antenne possono essere movimentate lungo la traiettoria s in maniera continua o in maniera discreta, secondo step successivi. Advantageously, the antennas can be moved along the trajectory s continuously or discreetly, according to subsequent steps.
In particolare, le antenne sono connesse alla seconda estremità del link rigido distale mediante una piastra di supporto. In particular, the antennas are connected to the second end of the distal rigid link by means of a support plate.
Vantaggiosamente sulla piastra di supporto può essere posizionato un demodulatore. Advantageously, a demodulator can be positioned on the support plate.
Vantaggiosamente, la prima estremità del link rigido distale è girevolmente connessa alla seconda estremità del link rigido prossimale mediante un terzo vincolo rotoidale, che in particolare è un vincolo cilindrico ad un grado di libertà rotazionale. Advantageously, the first end of the distal rigid link is rotatably connected to the second end of the proximal rigid link by means of a third rotoidal constraint, which in particular is a cylindrical constraint with a rotational degree of freedom.
Alternativamente, tra il link prossimale e quello distale possono essere posti altri link intermedi atti ad aumentare i gradi di libertà della catena cinematica. Alternatively, other intermediate links can be placed between the proximal and distal links to increase the degrees of freedom of the kinematic chain.
Vantaggiosamente, il primo e il secondo vincolo rotoidale sono azionati mediante motori elettrici. Advantageously, the first and second rotoidal constraints are driven by electric motors.
In particolare, il primo e il secondo vincolo rotoidale sono vincoli cilindrici ad 1 grado di libertà rotazionale. In particular, the first and second rotoidal constraints are cylindrical constraints with 1 rotational degree of freedom.
Alternativamente, il primo e il secondo vincolo rotoidale sono vincoli cilindrici a 2 gradi di libertà rotazionali. In tal modo, oltre a poter effettuare traiettorie s rettilinee o circolari su un piano parallelo al terreno, è anche possibile movimentare le antenne in direzione verticale. Tale soluzione risulta particolarmente utile per permettere di realizzare traiettorie s su una pluralità di piani paralleli al terreno, ossia su più “baselines”. Questa soluzione permette di realizzare la tecnica di ricostruzione tridimensionale dello scenario. Alternatively, the first and second rotoidal constraints are cylindrical constraints with 2 rotational degrees of freedom. In this way, in addition to being able to carry out rectilinear or circular trajectories on a plane parallel to the ground, it is also possible to move the antennas in a vertical direction. This solution is particularly useful for allowing trajectories s to be created on a plurality of planes parallel to the ground, ie on several "baselines". This solution allows to realize the three-dimensional reconstruction technique of the scenario.
Vantaggiosamente, è prevista una pluralità di antenne radar poste ad altezze diverse, in modo tale da poter realizzare la tecnica SAR ad altezze diverse per la ricostruzione tridimensionale dello scenario. Questa soluzione risulta particolarmente utile in caso che, per semplicità realizzativa, occorra avere vincoli cilindrici ad 1 grado di libertà rotazionale. Advantageously, a plurality of radar antennas placed at different heights are provided, so as to be able to carry out the SAR technique at different heights for the three-dimensional reconstruction of the scenario. This solution is particularly useful in the event that, for simplicity of construction, it is necessary to have cylindrical constraints with 1 rotational degree of freedom.
In particolare, è previsto un attuatore atto a variare l’altezza della base di supporto rispetto al suolo, in modo tale da poter realizzare la tecnica SAR ad altezze diverse. Anche questa soluzione realizzativa risulta particolarmente vantaggiosa in caso di vincoli cilindrici ad 1 grado di libertà rotazionale. In particular, an actuator is provided to vary the height of the support base with respect to the ground, so as to be able to carry out the SAR technique at different heights. This solution is also particularly advantageous in the case of cylindrical constraints with 1 rotational degree of freedom.
Vantaggiosamente, il link rigido prossimale e il link rigido distale sono atti, quando l’apparecchiatura non è in uso, a sovrapporsi l’un l’altro per ridurre l’ingombro della catena cinematica. Questo aspetto costituisce un ulteriore vantaggio rispetto alla tecnica nota, in quanto rende l’apparecchiatura maggiormente trasportabile e quindi più versatile nelle modalità di impiego. Advantageously, the proximal rigid link and the distal rigid link are suitable, when the equipment is not in use, to overlap each other to reduce the size of the kinematic chain. This aspect constitutes a further advantage over the prior art, as it makes the equipment more transportable and therefore more versatile in terms of use.
In particolare, il link rigido prossimale e il link rigido distale sono atti ad aumentare e ridurre la propria lunghezza telescopicamente. In tal modo, si riduce ulteriormente l’ingombro dell’apparecchiatura durante il trasporto. In particular, the proximal rigid link and the distal rigid link are designed to increase and reduce their length telescopically. In this way, the overall dimensions of the equipment during transport are further reduced.
Vantaggiosamente, la base di supporto comprende un carrello atto a movimentare la base di supporto stessa. Inoltre, il carrello permette di effettuare SAR lineare in caso di avaria del braccio articolato. Advantageously, the support base comprises a carriage adapted to move the support base itself. Furthermore, the trolley allows to perform linear SAR in case of failure of the articulated arm.
In particolare, è previsto un generatore ad energia elettrica atto ad alimentare l’apparecchiatura, in modo da renderla energeticamente indipendente. In particular, an electricity generator is provided to power the equipment, so as to make it energy independent.
Vantaggiosamente, è inoltre previsto un sensore di presenza atto a rilevare la presenza di un utente in prossimità di detta o ciascuna antenna radar, in modo tale che la movimentazione di detta o ciascuna antenna radar venga arrestata in caso di presenza di un utente. Questo aspetto consente di aumentare la sicurezza dell’apparecchiatura, impedendo che un utente possa essere colpito accidentalmente mentre l’apparecchiatura sta movimentando la catena cinematica. Advantageously, a presence sensor is also provided which is suitable for detecting the presence of a user in the vicinity of said or each radar antenna, so that the movement of said or each radar antenna is stopped in the event of the presence of a user. This aspect allows to increase the safety of the equipment, preventing a user from being accidentally hit while the equipment is moving the kinematic chain.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, un dispositivo di movimentazione, atto a movimentare almeno un’antenna radar lungo una traiettoria s in modo tale da attuare tecnica SAR, comprende: According to another aspect of the invention, a handling device, designed to move at least one radar antenna along a trajectory s in such a way as to implement the SAR technique, comprises:
una base di supporto; a support base;
una catena cinematica comprendente: a kinematic chain comprising:
� un link rigido prossimale avente una prima estremità e una seconda estremità; A proximal rigid link having a first end and a second end;
� un primo vincolo rotoidale atto a connettere girevolmente la prima estremità del link rigido prossimale alla base di supporto; A first rotoidal constraint adapted to rotatably connect the first end of the proximal rigid link to the support base;
� un link rigido distale avente una prima estremità e una seconda estremità, detto link rigido distale essendo girevolmente connesso al link rigido prossimale; A distal rigid link having a first end and a second end, said distal rigid link being rotatably connected to the proximal rigid link;
� un secondo vincolo rotoidale atto a connettere girevolmente la seconda estremità del link rigido distale a detta o ciascuna antenna radar; in modo tale che detta o ciascuna antenna radar abbia almeno 2 gradi di libertà rotazionali rispetto alla base di supporto. A second rotoidal constraint adapted to rotatably connect the second end of the distal rigid link to said or each radar antenna; in such a way that said or each radar antenna has at least 2 rotational degrees of freedom with respect to the support base.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: Further characteristics and / or advantages of the present invention will become clearer with the following description of an embodiment thereof, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which:
la figura 1 mostra, in vista dall’alto, una prima forma realizzativa dell’apparecchiatura per interferometria SAR secondo la presente invenzione; Figure 1 shows, in top view, a first embodiment of the SAR interferometry apparatus according to the present invention;
la figura 2 mostra, in laterale, la forma realizzativa di figura 1; figure 2 shows, in lateral view, the embodiment of figure 1;
la figura 3 mostra, in vista dall’alto, una seconda forma realizzativa dell’apparecchiatura per interferometria SAR secondo la presente invenzione; Figure 3 shows, in top view, a second embodiment of the SAR interferometry apparatus according to the present invention;
la figura 4 mostra, in laterale, la forma realizzativa di figura 3. figure 4 shows, in lateral view, the embodiment of figure 3.
Descrizione di alcune forme realizzative preferite Con riferimento alle figure 1 e 2, una prima forma realizzativa dell’apparecchiatura per interferometria SAR (100), secondo la presente invenzione, comprende una base di supporto (120) a cui è connessa la prima estremità (132a) di un link rigido prossimale (132) mediante un primo vincolo rotoidale (131). Alla seconda estremità (132b) del link rigido prossimale (132) è girevolmente connessa, mediante un vincolo rotoidale (133), la prima estremità (134a) di un link rigido distale (134). Alla seconda estremità 134b del link rigido distale (134) è poi connessa, mediante un secondo vincolo rotoidale (135), una coppia di antenne 110. Description of some preferred embodiments With reference to Figures 1 and 2, a first embodiment of the SAR interferometry apparatus (100), according to the present invention, comprises a support base (120) to which the first end (132a) is connected ) of a proximal rigid link (132) by means of a first rotoidal constraint (131). The first end (134a) of a distal rigid link (134) is rotatably connected to the second end (132b) of the proximal rigid link (132) by means of a rotational constraint (133). A pair of antennas 110 are then connected to the second end 134b of the distal rigid link (134) by means of a second rotoidal constraint (135).
In questa forma realizzativa, tutti e tre i vincoli rotoidali 13,133,135 permettono una rotazione attorno ad assi verticali. In particolare, tali vincoli sono motorizzati e quindi la rotazione dei vari link o delle antenne può essere automatizzata. In this embodiment, all three of the rotoidal constraints 13,133,135 allow a rotation about vertical axes. In particular, these constraints are motorized and therefore the rotation of the various links or antennas can be automated.
I tal modo è possibile movimentare le antenne 110 secondo una pluralità di traiettorie, e in particolare secondo una traiettoria rettilinea ed una traiettoria curvilinea, in modo da poter realizzare sia la tecnica SAR che la tecnica arcSAR. In this way it is possible to move the antennas 110 according to a plurality of trajectories, and in particular according to a rectilinear trajectory and a curvilinear trajectory, so as to be able to carry out both the SAR technique and the arcSAR technique.
Con riferimento alle figure 3 e 4, in una variante realizzativa della presente invenzione, il vincolo rotoidale 131 consente al link rigido prossimale (132) sia una rotazione attorno ad un asse verticale sia una rotazione attorno ad un asse orizzontale. I vincoli rotoidali 133 e 135, invece, consentono solamente la rotazione intorno ad assi orizzontali. With reference to Figures 3 and 4, in a variant embodiment of the present invention, the rotoidal constraint 131 allows the proximal rigid link (132) both a rotation around a vertical axis and a rotation around a horizontal axis. The rotoidal constraints 133 and 135, on the other hand, only allow rotation around horizontal axes.
La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo. The above description of some specific embodiments is able to show the invention from the conceptual point of view so that others, using the known technique, will be able to modify and / or adapt this specific embodiment in various applications without further research and without departing from the inventive concept, and, therefore, it is understood that such adaptations and modifications will be considered as equivalent to the specific embodiment. The means and materials for carrying out the various functions described may be of various nature without thereby departing from the scope of the invention. It is understood that the expressions or terminology used have a purely descriptive purpose and therefore not limitative.
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