PT2300847E - Métodos e sistemas para transmissão codificada e recepção por antena, particularmente para radar - Google Patents

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Description

ΡΕ2300847 1 DESCRIÇÃO "MÉTODOS E SISTEMAS PARA TRANSMISSÃO CODIFICADA E RECEPÇÃO POR ANTENA, PARTICULARMENTE PARA RADAR" A presente invenção diz respeito, de maneira geral, a procedimentos e sistemas de emissão e de recepção por antenas para sistemas de teledetecção, nomeadamente o radar. Mais particularmente, ela está direccionada para uma detecção para lá do horizonte por ondas de superficie e utilizando a combinação das propriedades dos agregados de antenas e da codificação de sinais apresentando as propriedades de ortogonalidade.
Um tal sistema encontra aplicação na detecção de alvos para lá do horizonte pelos sistemas de radar por ondas de superficie do tipo HFSWR ("High Freguency Surface Wave Radar", em inglês). Um sistema de radar HFSWR está limitado essencialmente pelos ecos parasitas devidos à superficie terrestre, particularmente no caso da detecção de navios para os guais o eco útil está localizado, no espaço distância-Doppler, nos ecos parasitas do mar, chamado pelos especialistas "espectro do mar". Os ecos parasitas, sejam eles devidos ao mar (espectro do mar) ou a uma outra causa, serão agui chamados ecos parasitas. Os ecos de alvos encontram-se freguentemente mascarados pelos ecos parasitas, cuja importância está em relação directa 2 ΡΕ2300847 com a dimensão da célula de radar definida pelas dimensões geométricas do volume no qual as ondas de radar susceptiveis de serem difundidas podem, num dado instante, participar na formação do sinal recebido pelo sistema de radar.
Tendo em conta as possibilidades materiais de implantação dos sistemas de radar HFSWR, as células de radar permanecem, na técnica antecedente, demasiado grandes para atingir os objectivos desejados pelos utilizadores. Para atingir estes objectivos, é necessário reduzir as dimensões destas células num factor de algumas dezenas a algumas centenas.
Para reduzir as dimensões da célula de resolução do radar, a técnica antecedente leva a aumentar as dimensões dos agregados de antenas de recepção, que são os que ocupam mais espaço, quando isto é possivel, o que conduz a sistemas geometricamente extensos e à utilização de um grande número de antenas. As limitações desta extensão são originadas por vários factores podendo intervir separadamente ou simultaneamente e que constituem os inconvenientes da técnica antecedente: o espaço ocupado no solo, as dimensões do meio de transporte nos sistemas móveis, a coerência da frente de onda no local de recepção, a complexidade dos processamentos ligados ao número de antenas.
Por outro lado, num outro dominio relativo à 3 ΡΕ2300847 atribuição de recursos numa rede de comunicações com acesso múltiplo por divisão do espaço SDMA-MINO, o Pedido de Patente WO 2007/124460 A propõe conjuntos de antenas de emissão associados respectivamente a diagramas de radiação que são repartidos no espaço sensivelmente sem sobreposição e que estão associados a sinais diferentes. A invenção visa remediar os inconvenientes acima citados e, mais particularmente, reduzir as dimensões das células de resolução de radar num factor podendo variar de cerca de 50 a cerca de 500, para melhorar as capacidades de detecção dos sistemas de radar sem impor ao sistema de agregado de antenas de recepção dimensões importantes.
Para este fim, um procedimento de teledetecção segundo a invenção para emitir sinais de base, apresentando propriedades de ortogonalidade, por antenas de emissão num sistema de emissão e receber os sinais de base por várias antenas de recepção num sistema de recepção, é tal como caracterizado segundo a Reivindicação 1. A invenção diz respeito também a sistemas de emissão e de recepção para a teledetecção, incluindo várias antenas de emissão para emitir sinais de base apresentando propriedades de ortogonalidade e várias antenas de recepção para receber os sinais de base. O sistema de emissão é caracterizado por ele incluir um meio para formar diagramas de radiação de emissão para emitir respectivamente os sinais de base por todas as antenas de emissão, estando 4 ΡΕ2300847 cada diagrama de radiação de emissão associado a um sinal de base respectivo a emitir por todas as antenas de emissão e incluindo lobos de radiação principais alternados com lobos de radiação secundários, estando os lobos de radiação principais dos diagramas de radiação de emissão sensivelmente alternados e justapostos no espaço. 0 sistema de recepção é caracterizado por ele incluir um meio para formar diagramas de radiação de recepção numa zona de recepção a fim de receber os sinais de base por cada uma das antenas de recepção e seleccionar os lobos principais do diagrama de radiação de emissão associados a um sinal de base, graças às propriedades de ortogonalidade dos sinais de base, sendo o número de diagramas de radiação de recepção pelo menos igual ao número de células que estão contidas na zona de recepção, que são cobertas pelos lobos de radiação principais de um dos diagramas de radiação de emissão e que estão situados a uma dada distância bi-estática dos sistemas de emissão e de recepção. A invenção é aplicável nas técnicas de radar em geral, assim como nas pesquisas de canais, os sistemas de detecção por sonar, os sistemas de radiolocalização ou a radiografia de órgãos nas aplicações médicas ou de estruturas nas aplicações industriais. Todas as aplicações supracitadas são baseadas na análise de células espaciais das quais é necessário reduzir as dimensões para aumentar o desempenho. 0 sistema de emissão por antenas está apto a 5 ΡΕ2300847 produzir uma radiação radioeléctrica caracterizada, por exemplo num plano pré-determinado, por exemplo horizontal passando pelo sistema de emissão e o sistema de recepção, por máximos de densidade por unidade de superfície de energia radiada que estão sensivelmente justapostos segundo uma repartição pré-determinada no plano pré-determinado, de maneira a cobrir uma zona de recepção vigiada que pode cobrir parcialmente ou totalmente o plano pré-determinado. Os máximos correspondem aos lobos de radiação principais associados aos sinais radioeléctricos de base. Para cada sinal de base, os máximos de energia radiada estão compreendidos em sectores angulares cónicos dos quais o vértice é o local de emissão e que estão repartidos regularmente e periodicamente no espaço. Os máximos de energia do sinal de base estão separados por sectores angulares cónicos de radiação mínima que correspondem aos lobos de radiação secundários onde a densidade por unidade de superfície de energia é muito inferior à existente nos sectores angulares cónicos onde estão situados os máximos de densidade de energia correspondentes aos lobos de radiação principais. 0 diagrama de radiação associado a um sinal de base no plano pré-determinado é chamado de "diagrama em folhas". 0 sistema de emissão por antenas pode produzir dois ou mais diagramas de radiação em folhas diferentes que estão sensivelmente justapostos, quer dizer disjuntos, ou juntos, ou não disjuntos, na prática com os lobos principais justapostos ou sobrepondo-se sensivelmente lateralmente, a fim de iluminarem em conjunto, desde o local de 6 ΡΕ2300847 emissão onde está instalado o sistema de emissão, a totalidade de uma zona de recepção vigiada por um sistema de recepção por antenas segundo a invenção. Os diagramas de radiação de emissão são distintos em azimute e zénite e têm os lobos de radiação principais secantes em relação à zona de recepção vigiada.
Os sinais de base podem ser numéricos ou analógicos e devem possuir propriedades de ortogonalidade especificas para melhorar a determinação das células de radar no sistema de recepção. A este respeito, as antenas de emissão podem emitir sinais de base simultaneamente e periodicamente, ou sucessivamente e ciclicamente em intervalos que os separam temporalmente dois a dois. No sistema de recepção, os sinais de base, como sinais de referência, estão respectivamente associados a operadores matemáticos respectivos, que podem ser, por exemplo, correlações.
Segundo uma primeira propriedade de ortogonalidade, os sinais de base são ortogonais dois a dois. Isto significa que, quando o sistema de recepção recebe a totalidade ou parte dos sinais de base aos quais é aplicado um operador matemático associado a um sinal de base respectivo escolhido como sinal de referência, o resultado da aplicação é independente da presença ou da ausência da totalidade ou de parte dos sinais de base recebidos que não sejam o sinal de referência.
Segundo uma segunda propriedade de ortogona- 7 ΡΕ2300847 lidade, cada sinal de base é ortogonal a ele mesmo desfasado temporalmente. Isto significa que, quando o sistema de recepção recebe uma réplica de um sinal de base ao qual é aplicado o operador matemático associado ao sinal de base respectivo escolhido como sinal de referência e que está desfasado no dominio temporal de um valor não nulo em relação ao sinal de referência, o resultado da aplicação é nulo, qualquer que seja o desfasamento temporal não nulo.
Estas duas propriedades de ortogonalidade são utilizadas para discriminar os sinais de base nos meios para formar os diagramas de recepção no sistema de recepção. A este respeito, o sistema de recepção pode incluir meios para ponderar sinais captados pelas antenas de recepção, sendo o sinal captado por uma antena de recepção ponderado para produzir tantos sinais ponderados quantos os diagramas de radiação de recepção, e meios para discriminar em sinal de base e distância bi-estática no conjunto de sinais ponderados, por um lado as células tendo uma distância bi-estática constante, por outro lado para uma dada distância bi-estática, as células associadas a um dos sinais de base discrimináveis pelas suas propriedades de ortogonalidade. 0 sinal global emitido pelo conjunto das antenas de emissão e repartido no espaço é definido pelos diagramas de radiação de emissão em folhas correspondentes respectivamente aos sinais de base iluminando cada um o espaço. Um diagrama em folhas é dito associado ao sinal de 8 ΡΕ2300847 base respectivo do qual a radiação está definida pelo diagrama em folhas.
Do local de recepção onde se encontra o sistema de recepção, evidencia-se uma pavimentação lacunar do espaço definida pelas células de radar e criada pelos diagramas de radiação em folhas associados aos sinais de base associados e pelos tempos de propagação bi-estáticos entre o local de emissão e o local de recepção. Para um dado tempo de propagação bi-estático, ou para uma dada distância bi-estática, entre o local de emissão e o local de recepção num sistema de radar bi-estático, a pavimentação corresponde a células de radar de propagação situadas sobre um semi-elipsóide sobre o qual o tempo de propagação bi-estático dado igual à soma do tempo de propagação entre o local de emissão e uma célula de radar e do tempo de propagação entre a célula de radar e o local de recepção é constante. No sistema de recepção, as células de radar são distinguíveis umas das outras em relação aos diagramas de emissão em folhas sensivelmente disjuntos aplicando a primeira propriedade de ortogonalidade, e a tempo de propagação bi-estático constante sobre um semi-elipsóide aplicando a segunda propriedade de ortogonalidade. As células de radar que, para um dado sinal de base escolhido como sinal de referência dado e para um tempo de propagação bi-estático dado, não podem ser distinguidas, constituem as células de radar siamesas associadas ao sinal de referência dado e ao tempo de propagação bi-estática dado e constituem, na zona de recepção vigiada, uma 9 ΡΕ2300847 pavimentação fortemente lacunar do espaço geométrico sobre uma parte do semi-elipsóide associado ao tempo de propagação bi-estático dado. 0 agregado de antenas de recepção separa as células de radar siamesas que estão associadas a um dado sinal de base e a um dado tempo de propagação bi-estático e que estão repartidas sobre uma pavimentação fortemente lacunar, por meio de diagramas de radiação de recepção diferentes na zona de recepção vigiada. A distância angular entre duas células de radar siamesas associadas ao dado sinal de base e ao dado tempo de propagação bi-estático e vistas do local de recepção é importante. As células de radar siamesas associadas ao dado sinal de base e ao dado tempo de propagação bi-estático constituem um conjunto discreto na zona de recepção vigiada segundo as direcções azimutais e zenitais sob as quais as células de radar siamesas desta zona são vistas do local de recepção. Estas direcções azimutais e zenitais localizam células radar siamesas associadas ao dado sinal de base e ao dado tempo de propagação bi-estático no sistema de recepção. 0 agregado de antenas de recepção forma simultaneamente P diagramas de radiação de recepção, cada diagrama de radiação de recepção podendo ou não possuir pelo menos um lobo de radiação principal contido na zona de recepção.
Os diagramas de radiação de recepção podem ser em folhas como os diagramas de emissão. Assim, segundo a invenção, podem ser formados diagramas de radiação, 10 ΡΕ2300847 incluindo cada um lobos de radiação principais alternados com lobos de radiação secundários, por uma das pluralidades de antenas de emissão e antenas de recepção, ou então pelas duas pluralidades de antenas, estando os lobos de radiação principais associados aos sinais de base sensivelmente justapostos no plano pré-determinado.
Se M é o número de células de radar siamesas contidas na zona de recepção vigiada e situadas na intercepção de sectores angulares cobertos por lobos de radiação principais do diagrama de radiação de emissão associado ao dado sinal de base e de um semi-elipsóide definido pelo dado tempo de propagação entre o sistema de emissão e uma célula de radar e do tempo de propagação entre a célula e o sistema de recepção, o número P de diagramas de radiação de recepção formados pelo agregado de antenas de recepção é pelo menos igual a M, ou seja, é igual ou superior a M. O sinal que pode ser reenviado por cada célula é determinado utilizando as propriedades de ortogonalidade que permitem, pelo operador matemático associado ao sinal de base dado, primeiro discriminar, pela primeira propriedade de ortogonalidade, as células associadas a sinais de base diferentes do sinal de base dado escolhido como sinal de referência, depois separar, pela segunda propriedade de ortogonalidade, as células associadas ao sinal de base dado e tendo um dado tempo de propagação bi-estático das células associadas ao sinal de base dado e tendo tempos de 11 ΡΕ2300847 propagação bi-estáticos diferentes do tempo de propagação bi-estático dado. As células de radar, ditas células siamesas, associadas ao sinal de base dado e tendo o mesmo tempo de propagação bi-estático dado, são separadas pela escrutação da zona de recepção pelos diagramas de recepção diferentes do agregado de antenas de recepção que são em número igual ou superior ao número de células de radar na zona de recepção. 0 espaço coberto por cada sinal de base é explorado pelo agregado de antenas de recepção fazendo variar sucessivamente todos os tempos de propagação bi-estáticos para cobrir todo o espaço iluminado pelo sinal de base na intercepção com a zona de recepção. A exploração completa da zona de recepção vigiada é obtida repetindo as operações supracitadas por todos os sinais de base utilizados.
Por fim, a invenção relaciona-se com aplicações informáticas aptas a serem implementadas respectivamente num sistema de emissão incluindo várias antenas de emissão para emitirem sinais de base apresentando propriedades de ortogonalidade e num sistema de recepção incluindo várias antenas de recepção para receber os sinais de base. As ditas aplicações informáticas são caracterizadas por elas incluírem instruções que, quando as aplicações são executadas no sistema de emissão e no sistema de recepção, implementam o processo de emissão e de recepção segundo a invenção. 12 ΡΕ2300847
Outras características e vantagens da presente invenção aparecerão mais claramente com a leitura da descrição seguinte de várias formas de realização da invenção, dadas a titulo de exemplos não limitativos, fazendo referência aos esquemas anexados correspondentes, nos quais: - A figura 1 mostra esquematicamente, num plano pré-determinado horizontal, um diagrama de radiação de emissão em folhas e uma zona de recepção em sector angular para um sistema de radar bi-estático segundo a invenção; - A figura 2 é diagrama esquemático de blocos de um sistema de emissão por antenas segundo a invenção; - A figura 3 é um diagrama de radiação de emissão em folhas produzido pelo sistema de emissão segundo a figura 2; - A figura 4 é análoga à figura 1, mas com seis diagramas de radiação de emissão em folhas justapostos, estando apenas mostrados dois lobos principais de cada diagrama de radiação; - A figura 5 é um diagrama esquemático de blocos de um sistema de recepção segundo a invenção; - A figura 6 é um diagrama esquemático de blocos 13 ΡΕ2300847 de um andar de recepção com discriminadores no sistema de recepção; - A figura 7 é análoga à figura 1, mas com um diagrama de radiação de recepção em folhas; e - A figura 8 é um diagrama temporal de emissões cíclicas de sinais de base numa outra forma de realização do sistema de emissão.
Em referência às figuras 1, 2 e 5, um sistema de radar bi-estático SEM-SRE, por exemplo um sistema de radar por ondas de superfície HFSWR, por exemplo para uma detec-ção de alvos por ondas de superfície para lá do horizonte, inclui um sistema de emissão SEM com várias antenas de emissão AE e um sistema de recepção SRE com várias antenas de recepção AR. 0 sistema de emissão está localizado num local de emissão situado, por exemplo, a D = 250 km do local de recepção onde está localizado o sistema de recepção. 0 sistema de emissão SEM produz pelo menos um sinal radioeléctrico definido por um diagrama de radiação de emissão em folhas associado a um sinal de base SBn, quando este último é aplicado simultaneamente, sob condições pré-determinadas, às antenas de emissão AE, como se verá mais à frente. O diagrama de radiação de emissão em folhas associado ao sinal de base SBn é definido essencialmente pelos lobos de radiação principais LPn que estão 14 ΡΕ2300847 somente apresentados na figura 1. No entanto, o sistema de emissão SEM produz lobos de radiação principais LPi a LPN de N diagramas de radiação de emissão em folhas associados respectivamente a sinais de base SBi a SBN apresentando propriedades de ortogonalidade entre eles, com 1 < η ^ N. Os lobos principais LPi a LPN aparecem como sectores angulares cónicos tendo um ângulo no vértice pré-determinado num plano de radiação pré-determinado, por exemplo horizontal passando pelo local do sistema de emissão SEM. A figura 1 está situada num plano horizontal de radiação passando ao mesmo tempo pelos locais de emissão e de recepção. 0 sistema de emissão SEM da invenção que produz diagramas de radiação em folhas pode apresentar uma estrutura de antenas pertencente à classe conhecida como redes de antenas com diagramas de radiação ambíguos, ditos também redes ambíguas. Por exemplo, é obtida uma rede ambígua a partir de uma rede linear de S antenas de emissão ΑΕχ a AES, com 2 < S, na qual as antenas estão separadas umas das outras de uma distância DA superior a λ/2, onde λ é o comprimento de onda de uma portadora modulada pelos sinais de base emitidos.
Na figura 2, relativa a uma primeira forma de realização do sistema de emissão SEM, estão somente representados esquematicamente blocos funcionais que asseguram as funções úteis à compreensão da invenção e tendo uma ligação com esta. Estes blocos funcionais podem 15 ΡΕ2300847 corresponder a módulos materiais dedicados ou programáveis e/ou a módulos de aplicações informáticas implementadas em pelo menos um microprocessador. 0 sistema de emissão SEM inclui S = 7 antenas AEi a AE7 espaçadas regularmente de DA = 12,5λ, por exemplo. 0 sistema de emissão SEM inclui ainda andares de emissores EM e circuitos ponderadores CPEi a CPES interligados respectivamente entre a sarda de um distribuidor de potência nos andares emissores EM e as entradas das antenas AEi a AES. Um circuito ponderador CPES, com 1 < s ^ S, pondera a amplitude e/ou a fase dos sinais de base SBi, ... SBn, ... SBn distribuidos respectivamente pelos andares emissores EM com os coeficientes de ponderação complexos respectivos wi[S, ... wn,S/ — wNfS. 0 sinal de base SBn distribuído às antenas AEi a AES = AE7 é ponderado respectivamente pelos coeficientes de ponderação complexos wn,i a wn,s = wn, η nos circuitos ponderadores CPEi a CPES afim de as antenas AE7 a AES emitam um sinal radioeléctrico caracterizado por um diagrama de radiação em folhas segundo a invenção e associado ao sinal de base SBn. Isto assegura uma protecção suficientemente importante sobre os lobos secundários dos diagramas e permite a orientação dos lobos principais LPn associados ao sinal de base SBn. Quanto maior for a distância DA entre as antenas, mais aumenta o número de lobos principais dos diagramas de radiação em folhas. Quanto maior for o número de antenas, mais aumenta o número N de diagramas de radiação de emissão em folhas. 16 ΡΕ2300847
Nesta primeira forma de realização, os sinais de base são constituídos por famílias de sinais de base ortogonais com correlação perfeita ou quase perfeita que são emitidos pelo sistema de emissão SEM simultaneamente pela adição dos sinais de base ou simultaneamente pelo entrelaçamento dos sinais de base.
Na figura 3 estão justapostos dois diagramas de radiação em folhas com lobos principais LPn e LPm respectivamente associados a dois sinais de base distintos SBn e SBm aos quais foram aplicados coeficientes de ponderação complexos wn,i a wn,s e wm, 1 a wm,s pelos circuitos ponderadores CPEi a CPES. A protecção sobre os lobos secundários LS é de 2 6 dB. 0 diagrama de lobos principais LPn está orientado para colocar um lobo principal segundo a direcção 0 graus. 0 outro diagrama de lobos principais LPm está orientado para colocar um lobo principal segundo a direcção 1,2 graus. 0 perito na arte compreenderá que estes diagramas de radiação lacunares podem ser obtidos por outros sistemas de emissão cujas antenas apresentem outras repartições lineares, em superfície ou em volume, regulares ou irregulares. Por exemplo, o sistema de emissão pode incluir uma rede de antenas seguindo uma estrutura irregular tal como uma estrutura fractal segundo o artigo "THÉORIE FRACTALE DES GRANDS RÉSEAUX D'ANTENNES LACUNAIRES" C. GOUTELARD, AGARD Conference Proceedings 528, Radiolocation Techniques, Londres, 1-5 de Junho de 1992. 17 ΡΕ2300847 0 sistema de recepção por antenas SRE vigia uma ou várias zonas de recepção. Na figura 1, é suposto que o sistema de recepção vigia apenas uma zona de recepção cónica ZR que é secante pelo menos a um dos lobos de radiação principais do diagrama de radiação de emissão em folhas associado a cada sinal de base SBn. Na prática, a zona de recepção ZR é secante a vários lobos de radiação principais associados a cada sinal de base.
Na figura 1 estão igualmente representados, parcialmente, em traços finos, os traços elipticos paralelos dos semi-elipsóides EL tendo por focos o sistema de emissão SEM e o sistema de recepção SRE. Cada semi-elipsóide EL está definido por uma superfície sobre a qual todas as células de radar CE recebem um sinal radio-eléctrico do sistema de emissão SEM e é susceptível de o difundir para o sistema de recepção SRE durante um tempo de propagação bi-estático dado respectivo tp, correspondente a uma distância bi-estática. 0 tempo de propagação bi-estático dado tp, igual à soma do tempo de propagação entre o sistema de emissão SEM e a célula de radar CE e o tempo de propagação entre a célula de radar CE e o sistema de recepção SRE, é constante para todas as células de radar sobre a superfície do elipsóide EL.
Os semi-elipsóides tornam-se semi-esferas quando o sistema de radar SEM-SRE é mono-estático, quer dizer, os sistemas de emissão e de recepção estão localizados no 18 ΡΕ2300847 mesmo local, ou semi-elipsóides quase como semi-esferas quando os sistemas de emissão e de recepção estão próximos e de tal forma que a distância que os separa permanece pequena em relação às distâncias das células contidas na zona de recepção viqiada.
As zonas de resolução distância extensa ZDE, das quais uma está representada na fiqura 4, são definidas entre os semi-elipsóides EL tais que a diferença entre os tempos de propaqação bi-estático seja iqual à resolução temporal, por exemplo 1,5 km, do radar. A intercepção de uma zona de resolução distância extensa DEZ e da zona de recepção ZR determina uma zona de resolução distância vigiada ZD correspondente a um tempo de propagação bi-estática respectivo tp e também a uma resolução temporal escolhida.
As intercepções de uma zona de resolução distância extensa elipsoidal DEZ e dos lobos de radiação principais LPn definem células de radar siamesas CESn associadas ao sinal de base SBn e ao tempo de propagação bi-estático tp definindo a zona DEZ, como representado na figura 4. As células de radar siamesas CESn associadas ao sinal de base SBn e ao tempo de propagação bi-estático tp e localizadas na zona de recepção ZR são zonas geográficas comuns à zona de resolução distância ZD, aos lobos principais LPn do diagrama em folhas associado ao sinal de base SBn e à zona de recepção ZR do diagrama de radiação do sistema de antenas SRE, como representado na figura 1. 19 ΡΕ2300847 0 sistema de radar da invenção delimita as células de radar siamesas CESn particularmente pela delimitação espacial trazida pelos lobos principais LPn do diagrama de emissão em folhas associado ao sinal de base SBn no sistema de emissão por antenas SEM, da zona de recepção ZR do sistema de recepção por antenas SRE e pela ortogonalidade dos sinais de base previstos no sistema de emissão.
Em referência à figura 5, relativa a uma forma de realização do sistema de recepção SRE, estão somente representados esquematicamente blocos funcionais que asseguram funções úteis à compreensão da invenção e tendo ligação com esta. Estes blocos funcionais podem corresponder a módulos materiais dedicados ou programáveis e/ou a módulos de aplicações informáticas implementados em pelo menos um microprocessador. 0 sistema de recepção SRE inclui várias antenas de recepção, por exemplo U = 4 antenas ARi a AR4 e P andares receptores REi a REP associados respectivamente a P diagramas de antena de recepção, para discriminar células siamesas sobre um semi-elipsóide EL relativas a cada diagrama de emissão em folhas e, portanto, a cada sinal de base SBn. No sistema de recepção SRE, cada antena de recepção ARU, com 1 < u ^ U, distribui o sinal que ela recebe aos P andares receptores REi a REP respectivamente através dos circuitos ponderadores CPRi,u a CPRP,U. 20 ΡΕ2300847
Os U circuitos ponderadores CPRp,i a CPRp,u ligados a um andar receptor REP, com 1 < p < p, ponderam a amplitude e/ou a fase dos sinais captados pelas antenas ARi a ARu respectivamente, com os coeficientes de ponderação complexos vPfi a vP;U definindo a orientação angular de um diagrama de recepção respectivo. O andar de recepção REP está associado a uma quadricula de posicionamento angular de células de radar cobertas por pelo menos um lobo principal do diagrama de recepção respectivo. A este respeito, como se mostra na figura 6, o andar de recepção REP inclui N discriminadores paralelos DISp,i a DISPfN para discriminar em sinal de base e tempo de propagação bi-estático no conjunto dos sinais ponderados recebidos essencialmente numa zona de recepção respectiva. Cada discriminador DISp,n do andar de recepção REP está associado a um sinal de base SBn como sinal de referência Sref para discriminar de entre os ecos parasitas os sinais ponderados recebidos segundo a zona de recepção, as células de radar tendo, por uma parte, um tempo de propagação bi-estático constante e, portanto, uma distância bi-estática constante, e por outra parte, um tempo de propagação bi-estático dado, as células de radar siamesas associadas ao sinal de base SBn de entre os sinais de base SBi a SBN discrimináveis pelas suas propriedades de ortogonalidade. Os discriminadores DISp,i a DISP/N distinguem assim as células de radar associadas aos sinais de base SBi a SBN segundo uma zona de recepção respectiva e para tempos de propagação bi-estáticos diferentes. 21 ΡΕ2300847
Cada um dos discriminadores DISi,n a DISP,n no sistema de recepção SRE selecciona os lobos principais LPn do diagrama em folhas próprio ao sinal de base SBn graças às primeira e segunda propriedades de ortogonalidade dos sinais de base SBi a SBN. 0 sistema de recepção conhece a priori os sinais de base SBi a SBN, por exemplo como sequências numéricas pré-determinadas, que, como sinais de referência, são lidos periodicamente na memória do sistema de recepção e aplicados respectivamente aos discriminadores. Pondo em prática a primeira propriedade de ortogonalidade relativa à ortogonalidade dos sinais de base dois a dois, cada um dos discriminadores DISi,n a DISP,n funcionando, por exemplo, como um correlador ou um dispositivo de convolução, selecciona o sinal de base SBn no sinal misturado recebido pelo andar de recepção respectivo REi a REP, independentemente do facto de que o sinal misturado contém a totalidade ou parte dos outros sinais de base recebidos SBi a SBn_i e SBn+i a SBN. Os discriminadores DISi,n a DISPín seleccionam assim as células de radar na intercepção dos lobos de radiação principais de emissão LPn e da zona de recepção ZR coberta pelos diagramas de recepção.
No caso de uma detecção segundo a técnica anterior com um sistema de radar mono-estático localizado no local de recepção, a célula de recepção está limitada pelo lobo principal da rede de recepção e pela resolução temporal. Na figura 1, a zona de recepção ZR foi escolhida 22 ΡΕ2300847 como vizinha do lobo principal do diagrama de recepção utilizado segundo a técnica anterior. A resolução temporal, segundo a técnica anterior, é mais fraca que a atingida com a invenção, pois os sinais conhecidos utilizados não conferem os desempenhos de detecção que se obtêm com os sinais de base utilizados na invenção. Os lobos principais dos diagramas de emissão em folhas segundo a invenção conjugados com os sinais de base utilizados na invenção contribuem para reduzir a resolução temporal num factor Kr na ordem de 3 a 5 e pelo mesmo factor a dimensão das células de radar obtidas com a invenção. Uma célula de radar obtida segundo a técnica anterior está representada na figura 1 na intercepção do espaço entre a zona de recepção ZR e dois semi-círculos centrados no sistema receptor SRE e distantes de um incremento de resolução em distância de 15 km, por exemplo. A figura 4 mostra parcialmente um exemplo de pavimentação de células de radar obtido segundo a invenção, com as hipóteses tomadas para a figura 1, pela utilização do conjunto de sinais de base e do tratamento associado no sistema de radar SEM-SRE. A pavimentação parcial está na intercepção da zona de recepção ZR, de uma zona de resolução distância elipsoidal extensa DEZ para um tempo de propagação bi-estático dado tp e de lobos principais LPi a LPn = LPô justapostos e entrelaçados. Afim de não sobrecarregar a figura 4, os lobos principais LPi a LPN são mostrados sobre dois períodos angulares de N = 6 diagramas em folhas atribuídos a diferentes sinais de base SBi a 23 ΡΕ2300847 SBn = SB6. Os lobos principais são, como foi indicado precedentemente, discrimináveis pela ortogonalidade dos sinais de base nos discriminadores DISi,i a DISP,N.
As diferentes células de radar siamesas CESi a CESn associadas a um tempo de propagação bi-estático tp e a todos os sinais de base SBi a SBN pavimentam a zona de resolução distância ZD. As células de radar siamesas respectivamente associadas a pares (SBi, tp) a (SBN, tp) são separáveis dado que os sinais de base aos quais elas estão associadas são diferentes.
Na figura 4 está igualmente representada a zona de resolução distância extensa DEZ correspondente a um tempo de propagação bi-estático dado tp e uma resolução distância escolhida estendida ao espaço susceptivel de ser vigiado. As células de radar siamesas CESn = CESi associadas ao par (SBn, tp) estão localizadas na intercepção da zona de resolução distância extensa DEZ e dos lobos principais LPn do diagrama de emissão em folhas associado ao sinal de base SBn. A mes;Lma célula de radar siamesa CESn,m associada ao par (SBn, tp) e coberta pela zona de recepção ZR é capaz de difundir para os sistemas de recepção SRE um sinal: S3rn,m = O^nm X SREn,m x SBn (tp) ,
Sendo anm uma atenuação da propagação, e SREn,m a - 24 - ΡΕ2300847 superfície equivalente de radar da célula de radar siamesa CESn,m associada ao par (SBN, tp) . Este par define a réplica SBn(tp) do sinal SBn desfasado temporalmente do tempo de propagação bi-estático tp. 0 sistema de recepção por antena SRE forma, por via das antenas ARi a ARu e pelos circuitos ponderadores CPi,i a REPíU, P diagramas de radiação de recepção com lobos principais respectivos LPi a LPP. Para uma zona de recepção ZR contendo M células de radar siamesas associadas ao par (SBn, tp) , por exemplo duas células CESn na figura 4, com Μ < P, cada sinal Sp captado pela rede de antenas de recepção ARi a ARu para o pesimo diagrama de recepção tratado pelo andar receptor REP, com 1 < p < p, exprime-se por: s, = Σ G (θτ„„ <prj X K, + T (SB,, tp,)
meM (0rn,m, cprn,m) é a direcção angular em azimute 0rn,m e zénite çrn,m da mesima célula de radar siamesa CESn,m associada ao par (SBn, tp) . Gp (0rn,m, cprn,m) é o ganho do pesimo diagrama de radiação de recepção segundo a direcção azimutal e zenital (0rn,m, cprn,m) · 0 sinal T(SBe, tpe) representa a soma de todos os sinais recebidos pelo sistema de recepção por antenas e susceptíveis de serem retrodifundidos pelas células de radar iluminadas pelos diagramas de emissão associados a sinais de base SBi a SBn-i e SBn+i a SBN diferentes do sinal SBn e pelas células de radar iluminadas pelo diagrama associado ao sinal de base SBn e situadas em 25 ΡΕ2300847 correspondência a tempos de propagação bi-estáticos tpe diferentes do tempo de propagação dado tp.
Os discriminadores DISi,n a DISp,n utilizando o sinal de base SBn como sinal de referência eliminam, pela primeira propriedade de ortogonalidade precedentemente definida, as células de radar que contribuem para a formação do sinal T(SBe, tpe) associado a um ou vários sinais de base diferentes do sinal SBn. Para o tempo de propagação bi-estético dado tp, os discriminadores DISi,n a DISp,n eliminam também as células de radar que contribuem para a formação do sinal T(SBe, tpe) e associadas ao sinal de base SBn e a tempos de propagação bi-estáticos tpe diferentes do tempo de propagação bi-estático dado tp, aplicando a segunda propriedade de ortogonalidade precedentemente definida, por exemplo fundada sobre uma autocorrelação, segundo a qual cada sinal de base é ortogonal a ele mesmo desfasado temporalmente.
As duas propriedades de ortogonalidade podem ser obtidas com familias de sequências de simbolos codificados constituindo periodicamente e respectivamente os sinais de base SBi a SBN, tais que a função de intercorrelação entre as sequências seja estritamente nula, qualquer que seja o desfasamento temporal entre as sequências e o carácter perfeito ou quase perfeito das funções de intercorrelação e de autocorrelação aplicadas aos sinais de base recebidos nos discriminadores. As sequências são emitidas ciclicamente modulando uma portadora comum no sistema de 26 ΡΕ2300847 emissão SEM. Uma função de correlação de uma sequência é dita quase perfeita se a função de correlação não é nula para todo o ponto que difere do pico central com desfasamento nulo da sequência e de alguns pontos regularmente espaçados sobre a função de correlação de um número pré-determinado de símbolos. A título de exemplo, as sequências GQ (sequências Goutelard Q-árias) construídas segundo o artigo "LES SEQUENCES GQ SEQUENCES Q-AIRE ORTHOGONALES A CORRELATION PARFAITE", C. GOUTELARD, AGARD CONFERENCE PROCEEDINGS 574, SPP Symposium, "Digital Communications Systems: Propagation Effects, Technical
Solutions, Systems Design", Atenas, Grécia, 18-21 de Setembro de 1995, CP-574, satisfarão às primeira e segunda propriedades de ortogonalidade.
Os discriminadores DISi,n a DISp,n associados ao sinal de base SBn realizam, por exemplo, uma correlação, ou uma operação equivalente, como por exemplo uma convolução. 0 discriminador DISp,n fornece um sinal normalizado Rp,n do tipo: RP.n = Σ K°PX GP X X SEKn
meM
Sendo Kop um coeficiente de transformação do operador matemático nos discriminadores DISi,n a DISp,n entre o sinal Sp e o sinal Rp.
Para o tempo de propagação bi-estático dado tp, os discriminadores DISi,n a DISP,n fornecem um sistema de P 27 ΡΕ2300847 equações correspondentes aos P sinais Ri,n a RP,n medidos com os P diagramas de radiação de recepção, tendo M incógnitas an,i x SERn,i a oín,M x SERn,M correspondentes às células de radar siamesas CESn,i a CESn,M associadas ao par (SBn, tp) e incluídas na zona de recepção vigiada, sendo o número P igual ou superior a M. Se P = Μ, o sistema de equações é determinado e constitui um sistema de Cramer. Se P > Μ, o sistema de equações é sobredeterminado e pode ser explorado para aumentar a precisão dos cálculos.
Para cada um dos tempos de propagação bi-está-ticos e, portanto, para cada uma das distâncias bi-está-ticas, os discriminadores DISi,n a DISp,n fornecem um sistema de P equações correspondentes aos P sinais Rlfn a RP,n medidos com os P diagramas de radiação de recepção, tendo tantas incógnitas quantas as células de radar siamesas que estão associadas ao par do sinal de base SBn e de cada um dos referidos tempos de propagação bi-estáticos e incluídas na zona de recepção vigiada. 0 número P é igual ou superior ao número de células de radar siamesas supracitadas.
Mais geralmente, todos os sinais Rlfl a RP,N fornecidos pelos discriminadores DISi,i a DISP,N servem para determinar todos os sinais de base reenviados pelas células siamesas iluminadas pelos lobos principais LPp a LPN dos diagramas de emissão e situadas na zona de recepção ZR.
Segundo diversas formas de realização, o sistema de recepção pode cobrir uma zona de recepção ZR mais ou menos extensa. 28 ΡΕ2300847
Na forma de realização ilustrada na figura 1, a zona de recepção ZR está limitada a uma parte da zona a vigiar e a exploração da zona de recepção vigiada é explorada pelo sistema de recepção por antenas SRE por um conjunto de Q zonas de recepção pavimentando na totalidade a zona vigiada. É necessário resolver Q sistemas de equações lineares.
Na forma de realização ilustrada na figura 4, a zona de recepção ZR é extendida a toda a zona de recepção vigiada. É necessário resolver um único sistema de equações lineares (Q = 1).
Na forma de realização ilustrada na figura 7, a zona de recepção vigiada ZR está realizada com um conjunto de diagramas em folhas na recepção dos quais estão representados apenas os lobos principais LPp alternados com lobos de radiação secundários de um deles. As antenas no sistema de recepção podem constituir uma rede lacunar ou uma rede produzindo diagramas de radiação ambiguos. Lobos principais dos diagramas de radiação de recepção em folhas estão sensivelmente justapostos para cobrirem a zona de recepção vigiada, de uma maneira análoga à justaposição dos lobos principais dos diagramas de emissão em folhas apresentado na figura 4. Esta solução aumenta o número Q de sistemas de equações lineares, mas reduz o número de incógnitas de cada sistema de equações. Os lobos principais de cada diagrama de emissão podem ser em qualquer número ou reduzidos a um único. 29 ΡΕ2300847
As dimensões do sistema de recepção por antenas SRE variam em função da solução adoptada.
Na figura 1, representou-se uma zona de recepção ZR cuja dimensão é tipicamente aquela de um lobo principal de recepção de um sistema de recepção segundo a técnica anterior. Na figura 4, enumeraram-se M = 12 células de radar siamesas associadas ao par (SBn = SBi, tp) no quadrante delimitado pela figura 4.
As dimensões da zona de recepção permanecem inalteradas, mas o tamanho das células de radar segundo a invenção é reduzido em relação à técnica anterior, ou seja M x N = 72, segundo a figura 4. Esta redução segundo a invenção pode atingir várias centenas. A invenção faz apelo a sinais de base que devem possuir as primeira e segunda propriedades de ortogo-nalidade supracitadas. Todo o sinal possuindo estas propriedades de ortogonalidade pode ser utilizado na invenção para formar uma familia de sinais de base. 0 diagrama temporal da figura 8 mostra uma segunda forma de realização para que o sistema de emissão SEM emita sinais de base tendo as primeira e segunda propriedades de ortogonalidade.
No inicio de um ciclo de N períodos, o sistema de 30 ΡΕ2300847 emissão emite um sinal de base SBi de duração Tsb seguido de um sinal nulo cuja duração é igual, ou superior, ao tempo de propagação bi-estático máximo tpmáx para cobrir a zona de recepção vigiada. Depois, no decurso do periodo seguinte, o sistema de emissão emite um sinal de base SB2 seguido de uma duração pelo menos igual a tpmáx, depois os outros sinais de base separados temporalmente dois a dois de pelo menos tpmáx até ao último sinal de base SBN. Inicia-se em seguida um outro ciclo de emissões sucessivas de sinais de base, semelhante ao descrito precedentemente. A dupla condição de ortogonalidade é respeitada. A primeira ortogonalidade é respeitada pela separação temporal dos diagramas de emissão em folhas que estão associados aos sinais SBi a SBN e só aparecem em instantes diferentes, qualquer que seja o instante. O sistema de recepção só pode receber um único sinal de base não nulo de cada vez. Neste caso, os sinais SBi a SBN podem ser idênticos a um mesmo sinal que apresente a segunda ortogonalidade. A segunda ortogonalidade é respeitada se cada sinal de base não nulo possui esta propriedade, ou seja, se as suas réplicas são separáveis no tempo. Esta propriedade é satisfeita para um grande número de sequências, mas igualmente para um único impulso isolado. O sinal de base não nulo SBi a SBN pode ser constituído por uma sequência ou por uma série de sequências idênticas ou não, ou por um impulso isolado, ou por uma série de impulsos isolados. 31 ΡΕ2300847
Para além de uma redução importante de uma célula de radar, a invenção procura uma melhoria importante do desempenho de qualquer sistema de detecção, electroma-gnético ou acústico, que seja confrontado com o problema da detecção de um alvo do qual a assinatura deva ser extraída a partir de um sinal contendo ecos parasitas dependentes da dimensão da célula de radar do sistema de detecção. A invenção procura igualmente um ganho importante quanto à discriminação espacial dos alvos que possam estar presentes na zona de recepção vigiada. A invenção encontra aplicações numerosas em todos os sistemas de detecção electromagnéticos tais como os radares, os sonares, os sistemas de radiolocalização, os sistemas de busca de canais, os sistemas de radiografia médica e os sistemas de radiografia industrial nomeadamente.
As vantagens oferecidas são particularmente importantes nos casos onde é impossível, qualquer que seja a razão, atribuir aos sistemas de antenas, essencialmente ao sistema de recepção por antenas muito frequentemente o mais volumoso, as dimensões que ele deveria ter para atingir as resoluções obtidas com a invenção e que não poderiam ser atingidas com a técnica anterior, a não ser com o custo do aumento considerável, num factor de várias dezenas, das dimensões do sistema de recepção por antenas. 32 ΡΕ2300847 A invenção aqui descrita concerne um procedimento de emissão e de recepção e sistemas de emissão e de recepção para emitir sinais de base apresentando propriedades de ortogonalidade por antenas no sistema de emissão e várias antenas de recepção no sistema de recepção para receber os sinais de base. Segundo uma implementação, o procedimento de emissão e de recepção, segundo a invenção, é determinado pelas instruções de aplicações informáticas incorporadas nos sistemas de emissão e de recepção. As aplicações informáticas comportam instruções de programa que, quando as ditas aplicações informáticas são executadas nos sistemas de emissão e de recepção cujo funcionamento é então comandado nomeadamente pela execução das aplicações informáticas, realizam o procedimento de emissão e de recepção segundo a invenção.
Consequentemente, a invenção aplica-se igualmente a aplicações informáticas, nomeadamente programas de computador gravados no computador, ou num ou vários suportes de gravação legiveis por um computador, e todo o dispositivo de tratamento de dados, adaptados a levar a cabo a invenção. Estas aplicações informáticas podem utilizar uma qualquer linguagem de programação, e estar sob a forma de código fonte, código objecto, ou de código intermediário entre o código fonte e o código objecto tal como numa forma parcialmente compilada, ou em qualquer outra forma adequada para implementar o procedimento segundo a invenção. 33 ΡΕ2300847
Um suporte de gravação pode ser qualquer entidade ou dispositivo capaz de armazenar as aplicações informáticas .
Lisboa, 6 de Setembro de 2012

Claims (10)

  1. ΡΕ2300847 1 REIVINDICAÇÕES 1. Procedimento de teledetecção para emitir sinais de base (SBi, SBN) apresentando propriedades de ortogonalidade por antenas de emissão (AEi, AES) num sistema de emissão (SEM) e receber os sinais de base por várias antenas de recepção (ARi, ARu) num sistema de recepção (SRE), caracterizado por ele incluir: Uma formação de diagramas de radiação de emissão para emitir respectivamente os sinais de base por todas as antenas de emissão (ΑΕχ, AES) , estando cada diagrama de radiação de emissão associado a um sinal de base respectivo (SBn) a emitir por todas as antenas de emissão e incluindo lobos de radiação principais (LPi, LPN) alternados com lobos de radiação secundários (LS), estando os lobos de radiação principais dos diagramas de radiação de emissão sensivelmente alternados e justapostos no espaço, e Uma formação de diagramas de radiação de recepção numa zona de recepção (ZR) a fim de receber os sinais de base por cada uma das antenas de recepção (ARi, ARn) e seleccionar os lobos principais (LPn) do diagrama de radiação de emissão associados a um sinal de base (SBn) graças às propriedades de ortogonalidade dos sinais de base (SBi, SBn) , sendo o número de diagramas de radiação de recepção pelo menos igual ao número de células (CESn,m) que 2 ΡΕ2300847 estão contidas na zona de recepção, que estão cobertas pelos lobos de radiação principais (LPn) de um dos diagramas de radiação de emissão e que estão situadas a uma distância bi-estática dada dos sistemas de emissão e de recepção.
  2. 2. Procedimento em conformidade com a Reivindicação 1, segundo o qual os sinais de base são ortogonais dois a dois.
  3. 3. Procedimento em conformidade com a Reivindicação 1 ou 2, segundo o qual cada sinal de base é ortogonal a ele mesmo desfasado temporalmente.
  4. 4. Procedimento em conformidade com uma das Reivindicações 1 a 3, incluindo emissões de sinais de base sucessivos e ciclicos.
  5. 5. Procedimento em conformidade com uma das Reivindicações 1 a 4, segundo o qual os diagramas de recepção cobrem a zona de recepção (ZR).
  6. 6. Procedimento em conformidade com a Reivindicação 5, segundo o qual pelo menos um dos diagramas de recepção tem vários lobos principais alternados com lobos de radiação secundários.
  7. 7. Procedimento em conformidade com uma das Reivindicações 1 a 6, incluindo no sistema de recepção (SRE): 3 ΡΕ2300847 - Ponderações dos sinais captados pelas antenas de recepção (ARi, ARu) , sendo o sinal captado por uma antena de recepção ponderado para produzir tantos sinais ponderados quantos os diagramas de radiação de recepção, - Uma discriminação em sinal de base e distância bi-estática no conjunto de sinais ponderados para discriminar, por uma parte, as células tendo uma distância bi-estática constante, por outra parte, para uma distância bi-estática dada, as células associadas a um (SBn) dos sinais de base discrimináveis pelas suas propriedades de ortogonalidade.
  8. 8. Sistemas de emissão e de recepção para a teledetecção incluindo várias antenas de emissão (AEi, AES) para emitir sinais de base (SBi, SBN) apresentando propriedades de ortogonalidade e várias antenas de recepção (ARi, AR0) para receber os sinais de base, caracterizados por: - 0 sistema de emissão (SEM) inclui um meio (EM, CPE) para formar diagramas de radiação de emissão para emitir respectivamente os sinais de base por todas as antenas de emissão (AEi, AES) , estando cada diagrama de radiação de emissão associado a um sinal de base respectivo (SBn) a emitir por todas as antenas de emissão e incluindo lobos de radiação principais (LPi, LPN) alternados com lobos de radiação secundários (LS), estando os lobos de radiação principais dos diagramas de radiação de emissão sensivelmente alternados e justapostos no espaço, e 4 ΡΕ2300847 - 0 sistema de recepção (SRE) inclui um meio (CPR) para formar diagramas de radiação de recepção numa zona de recepção (ZR) a fim de receber os sinais de base por cada uma das antenas de recepção (ARlf AR0) e seleccionar os lobos principais (LPn) do diagrama de radiação de emissão associado a um sinal de base (SBn) graças às propriedades de ortogonalidade dos sinais de base (SBi, SBn) , sendo o número de diagramas de radiação de recepção pelo menos igual ao número de células (CESním) que estão contidas na zona de recepção, que estão cobertas pelos lobos de radiação principais (LPn) de um dos diagramas de radiação de emissão e que estão situadas a uma distância bi-estática dada dos sistemas de emissão e de recepção.
  9. 9. Sistemas de emissão e de recepção em conformidade com a Reivindicação 8, no qual o sistema de recepção (SRE) inclui: Meios (CPRi,i, CPRp;U) para ponderar sinais captados pelas antenas de recepção (ARi, ARu) , sendo o sinal captado por uma antena de recepção (ARU) ponderado para produzir tantos sinais ponderados quantos os diagramas de radiação de recepção, e - Meios (DISp,n) para discriminar em sinal de base e distância bi-estática no conjunto dos sinais ponderados, por uma parte, as células tendo uma distância bi-estática 5 ΡΕ2300847 constante, por outra parte, para uma distância bi-estática dada, as células associadas a um (SBn) dos sinais de base discrimináveis pelas suas propriedades de ortogonalidade.
  10. 10. Aplicações informáticas aptas a serem implementadas respectivamente num sistema de emissão (SEM) incluindo várias antenas de emissão (AEi, AES) para emitir sinais de base (SBi, SBN) apresentando propriedades de ortogonalidade e num sistema de recepção (SRE) incluindo várias antenas de recepção (ARi, ARu) para receber os sinais de base, estando as ditas aplicações informáticas caracterizadas por incluírem instruções que, quando as aplicações informáticas são executadas no sistema de emissão e no sistema de recepção, comandam as etapas do procedimento em conformidade com uma das Reivindicações 1 a 7. Lisboa, 6 de Setembro de 2012
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