Descripción Analítica de Apertura de Antena

1. CNL.OIM. HERIBERTO J E ROMAN
OIM-HJEROMAN SISTEMAS DE ARMAS Función Detección
Tema: Tecnología SAR
Autor : Compartido
28-11-2016 PENSAR EN NACIÓN REEDICION PUBLICO
RADARES CON APERTURA SINTETICA SAR-01.a
APERTURA DE ANTENA - Concepto
Si bien el término es conocido para el desarrollo será
necesario recordar que se entiende por apertura de
antena. Dado que en técnicas de empleo radar una misma
antena es utilizada tanto en transmisión como en
recepción, en ambas situaciones la antena tiene
hipotéticamente la misma ganancia para la frecuencia de
operación. Pero la antena, también es sabido, recibe solo
una parte de la energía que retorna del blanco. Como un
segundo efecto es que la apertura de antena la cual
describe cómo la antena recibe la potencia
electromagnética entrante. En términos geométricos la
apertura de antena se puede describir visualizando un
área de un circulo que abrazando el broadside recibe toda
la radiación y la entrega a su carga. Si la densidad de
potencia se expresa en [wat por metro cuadrado] la
apertura estará en [metros cuadrados]. La ganancia de
antena es directamente proporcional a la apertura. Una
antena isotrópica tiene una apertura de λ² / 4π o, una
antena con ganancia G tendrá una apertura de G • λ² / 4π
. Las dimensiones de una antena dependen de su
ganancia de la longitud de onda como una expresión de la
frecuencia utilizada por el radar. Aquí es que aparecen las
dimensiones reales, para altas frecuencias las antenas
serán relativamente pequeñas, en general las ganancias
logradas están entre 30 a 40 dB. Si se cambian algunas
características, es decir se malogra la calidad técnica, o
bien factores atmosféricos deforman las condiciones
originales, tales como la acumulación de hielo éstas tienen
gran influencia.
Un Synthetic Unperture Radar (SAR), o SAR, es un
sistema de radar coherente, en un concepto mucho mas
amplio que un simple radar de abordo, se trata de un
sistema de observación espacial y con posibilidades en
oblicuo, que utiliza en aeronaves, la trayectoria de vuelo de
la plataforma.
Concepto de Apertura Sistetica
Para simular una antena de grandes dimensiones
con lo cual se introduce una apertura electrónica
que amplía el concepto inicial de apertura simple,
introduce una posibilidad, cual es la de generar
alta resolución en remoto en la detección las
imágenes
De alguna manera en el tiempo, transmisión-
recepción en ciclos individuales (PRT) estos
radares completan la información con los datos
de cada ciclo que se almacenaron
electrónicamente. El procesamiento de señales
utiliza magnitud y fase de las señales recibidas
de pulsos sucesivos de los elementos de una
apertura sintética. Después de un número
determinado de ciclos, los datos almacenados se
recombinan (teniendo en cuenta los efectos
Doppler inherentes para las diferentes posiciones
geométricas del transmisor respecto del objetivo
en cada ciclo sucesivo, y finalmente para crear
una imagen de alta resolución del terreno que se
sobrevuela. Ver simulación Simulación del
efecto seleccion de PRT

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El SAR trabaja en forma similar a una configuración
plana, que ya se ha visto, pero a diferencia de tener un
gran número de elementos en paralelo en la antena, el
SAR utiliza una antena multiplexada en el tiempo. Las
diferentes posiciones geométricas de los elementos de
la antena serán, de todos modos, el resultado de la
plataforma en movimiento.
El procesador almacena todas las señales en retorno
al radar, así como las amplitudes y fases, durante el
tiempo T fijado desde la posición A a la D. Ahora bien,
es posible reconstruir la señal que se hubiere obtenido
por una antena similar con una longitud v.T,
donde v es la velocidad de la plataforma.
Tanto como la línea de mira cambia a lo largo de la
trayectoria de la plataforma, se produce la apertura
sintética por procesamiento de señal como efecto del
alargamiento virtual de la antena. Haciendo T mayor,
se hace mayor la “apertura sintética” y de este modo
se mejora la resolución.
Así como un blanco tal como puede ser un buque
como objetivo, desde que ingresa por primera vez al
haz del radar, comienzan a retornar ecos para cada
pulso transmitido los cuales son almacenados. Dado
que la plataforma continúa su movimiento hacia
adelante, todos los ecos del blanco de cada pulso son
registrados durante todo el tiempo que el objetivo está
dentro del haz.
El punto en el cual el blanco sale de la visión radar, un
tiempo mas tarde determina la longitud de la antena
sintetizada simulada. La sintetizada expansión del
ancho de haz, combinado con el incremento de tiempo
sobre el blanco, del mismo modo que el alcance se
incrementa, un balance de todas las acciones
mantiene constante la resolución en toda la franja.
Fig.1-02 Interpretación geométrica de la expansión del
ancho de haz sintetizado.
La resolución en azimut alcanzable por un SAR es
aproximadamente igual a la mitad de la longitud real
de la antena y no depende de la altitud de plataforma.
Los requisitos son:
 Transmisor , coherente completo estable.
 Procesador SAR eficiente y potente.
 Exacto conocimiento de la trayectoria de vuelo y de la velocidad de la plataforma.
Usando esta técnica, por los diseñadores de radar, se han podido alcanzar resoluciones que podrían exigirse
con aperturas reales de antenas tan grandes, que en la práctica tendrían el tamaño de hasta 10 m.
Un radar de apertura sintética es utilizado abordo de un transbordador espacial durante la Shuttle Radar
Topography Mission (SRTM). El radar SAR puede ser asociado con lo que se denomina inversa
SAR (abreviado a ISAR) una tecnología que en los términos más amplios, utiliza el movimiento del objetivo en
lugar del emisor para crear la abertura sintética. Los radares ISAR radares tienen un papel importante abordo de
aviones de patrullaje marítimo que les proporcione la imagen de radar de la calidad suficiente para permitir que
sea utilizada para fines de reconocimiento.
T

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ABERRACIONES OPTICAS
Distorsión por Alcance Directo
La distorsión en alcance se produce porque el radar
mide la distancia directa, inclinada respecto de las
características del blanco que se desean observar, las
cuales son mas evidentes para una visión horizontal
sobre la superficie terrestre, la distancia real a lo largo
de la tierra. Esto se traduce en una variación en la
escala de imagen entre las mas cercanas a las mas
alejadas.
Escorzo (distorsión respecto a las reglas de la
perspectiva) se produce cuando el haz del radar llega
a la base de una figura con altura con inclinación
respecto del radar (por ejemplo, una montaña) antes
de llegar a la cima. Debido a que el radar mide la
distancia oblicua en la distancia, la pendiente (desde el
punto a al punto b) aparecerá comprimida y la longitud
de la pendiente estará representada incorrectamente
(a' a b') en el plano de la imagen.
Fig1-03 Efecto SCORZO
Sobre-imposición (o superposición) se entiende
cuando, si se tiene un terreno empinado en el alcance
de inclinación del pico (b) es más corto que el pie de la
montaña (a en la figura) en tal ocasión se invierte el
orden de los dos objetos, el punto b " estará a una
distancia antes del punto del a que se muestra.
Efecto-Sombra se incrementa con un mayor ángulo
de incidencia θ, un efecto que tiene que ver con la
longitud de sombra algo similar a lo que se produce
por ejemplo con el tiempo de la puesta del sol.
Fig.1-04 Efecto por SOBRE-IMPOSICIÓN
Fig.1-05 Efecto SOMBRA

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CONCLUSION
El Radar con Apertura Sintética SAR es una técnica conocida para la cartografía terrestre de alta resolución en
dos dimensiones. Una plataforma, tal como un avión o satélite, se mueve a lo largo de un camino recto nominal
e ilumina un área de terreno grande por medio de una antena. Pulsos cortos, o señales codificadas como
alternativa a largo filtrados mediante el uso de la técnica de compresión de impulsos, se transmiten de la antena
y la señal de retorno desde el suelo es recibida por la antena y grabado a lo largo del camino recto. Por el
procesamiento de señales, de alta resolución se lleva a cabo tanto a lo largo y transversalmente al camino recto.
Los objetos estáticos en terreno forestal pueden ser detectados con baja frecuencia SAR, es decir, con una
longitud de onda en el intervalo de 0,3-15 m. Las frecuencias bajas tienen la propiedad de penetrar en la
capa de vegetación con poca atenuación y sólo causa una espalda débil dispersión de las estructuras
gruesas de los árboles. Por lo tanto, los objetos estáticos, tales como vehículos estacionarios, se pueden
detectar también en el bosque de espesor mediante la combinación de frecuencias bajas con técnica de SAR
que da resolución de tamaño longitud de onda. Esto ha sido demostrado científicamente en una pluralidad de
experimentos en los últimos años.
Una pregunta básica es cómo combinar la técnica de baja frecuencia SAR y la técnica de detección de objetos
en movimiento (GMTI) para producir señales que penetran la vegetación forestal y al mismo tiempo de
detección de permiso de objetos en movimiento. El problema es especialmente la dificultad práctica de
proporcionar en una plataforma en el aire una antena de radar suficientemente grande a bajas frecuencias que
tiene la misma alta directividad como una antena de radar de lóbulo estrecho de alta frecuencia de modo que los
métodos descritos para alta frecuencia SAR que tiene la GMTI función se puede utilizar. El espacio físico
restringido a bordo como una plataforma esencialmente significa que las antenas de radar de baja frecuencia
son omnidireccionales y tienen un bajo directamente. La ausencia de directividad tiene dos consecuencias
importantes para una baja frecuencia que tiene la función SAR GMTI, lo que significa que los métodos de la
técnica anterior no se pueden utilizar.
En primer lugar, la ausencia de directividad significa un problema considerable de proporcionar un rendimiento
óptimo para la función de GMTI. Este último de hecho requiere que la sensibilidad direccional de los elementos
sea tan igual como sea posible, que es difícil de conseguir si la directividad es baja. La razón es que los
elementos de antena se conectan electromagnéticamente a la plataforma y por lo tanto los cambios se deben a
cambios en la sensibilidad direccionales. En consecuencia, la sensibilidad direccional se cambia de acuerdo a la
posición exacta del elemento de antena en la plataforma, los elementos de antena que tienen diferentes
propiedades de dirección que hacen que los métodos antes mencionados GMTI se consideran ineficientes.
En segundo lugar, la ausencia de directividad significa que una alta sensibilidad de la señal y resolución
geométrica óptima requieren un procesamiento de la señal coherente de los datos de radar para un largo tiempo
de integración. La integración de la señal se corresponde con el objeto que está siendo iluminado sobre un
ángulo de apertura grande. El ángulo de apertura es de facto tan grande que los métodos de procesamiento de
señales que se utilizan para los objetos de alta frecuencia SAR se mueven con la función GMTI no son
aplicables. Para exactamente las mismas razones, el procesamiento de señales de objetos estacionarios en
baja frecuencia SAR es diferente de la utilizada en alta frecuencia SAR. La detección de objetos fijos en los
bosques utilizando baja frecuencia SAR requiere una resolución geométrica óptima para discriminar los objetos
del fondo. Esto da como resultado, por supuesto, en un SAR con un gran ancho de banda fraccional. Además
de lograr la resolución óptima, también se reducen las fluctuaciones estáticas de los antecedentes que se
originan por el efecto moteado. El efecto de moteado surge cuando la resolución es mucho mayor que la
longitud de onda (pequeño ancho de banda fraccional) y contiene una pluralidad de dispersores. Las ondas
retro-dispersadas por los scattererers que se interfieren entre sí, y por lo tanto la señal de retorno resultante es
considerablemente dependiente del ángulo de observación en relación con la celda de
resolución. Normalmente, la celda de resolución contiene muchos dispersores independientes, que se traducen
en una amplitud aleatoria y de fase entre diferentes células resolución, efecto llamado speckle.

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