Contenido del curso "Radar de Apertura Sintética y algoritmos de enfoque"

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Radares de apertura sintética y
algoritmos de enfoque
A. J. Zozaya
3 de noviembre de 2016
INTRODUCCIÓN
El siguiente documento describe el contenido del curso titulado Radares de Apertura
Sintética y algoritmos de enfoque, el cual ha resultado de la fusión de los seminarios:
Radares de apertura sintética y Algoritmos de enfoque de imágenes SAR, ambos propuestos
en la matriz de planificación del proyecto titulado: Implementación de un prototipo de
sensor de radar para la observación remota de la tierra. El contenido que se presenta
a continuación constituye una propuesta inicial y podría sufrir modificaciones durante
el desarrollo del curso. Duración estimada del curso: 40 horas.
CONTENIDO DEL CURSO
I. INTRODUCCIÓN
I-A. Tema 0: Presentación del curso
Observación remota de la tierra. Definición y áreas de aplicación. Tipos de sensores.
Radares de apertura sintética. Contenido del curso y evaluación.
II. PRIMEA PARTE: RADARES DE APERTURA SINTETICA
II-A. Tema 1: Procesamiento digital de señales
Convolución de tiempo continuo. Linealidad. Correlación cruzada. Convolución de
tiempo discreto. Análisis en el dominio de la frecuencia. Transformada de Fourier de
tiempo continuo. Transformada de Fourier de tiempo discreto. Transformada Discreta
de Fourier (DFT). Convolución usando la DFT. Muestreo de señales analógicas. Inter-
polación ideal.

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II-B. Tema 2: Definiciones básicas de un sistema de radar
Introducción. Definición de radar. Bandas. Pulsos. Antenas. Radar Cross Section (RCS).
Recepción del eco. Relación señal a ruido. Ecuación de radar. Máxima distancia me-
dible no ambigua. Efecto Doppler. Máxima frecuencia Doppler medible no ambigua.
Resolución en distancia. Resolución en azimut. Radar pulsado. Radar de onda continua.
Radar de apertura real. Imagen de apertura real (pág. 3 de [1]): radargrama.
II-C. Tema 3: Radar de apertura sintética
Principio de funcionamiento del radar de apertura sintética. Pulsed DOPPLER radar
methods and apparatus. Algunas definiciones geométricas de interés. Captura de datos
SAR crudos (stripmap). Radar pulsado genérico. Señal modulada linealmente en fre-
cuencia (LMF). Estructura de los datos crudos. Radar de onda continua genérico (CW).
Analog dechirp. Caso de estudio: Radar LFM-CW del MIT. Resolución en distancia
y en acimut de ambos radares. Procedimiento de diseño de un radar de apertura
sintética. Parámetros iniciales de diseño. Plataforma. Definición de la antena. Ganancias
de compresión. Especificaciones del hardware. Comprobación. Consideraciones finales.
Ejemplo numérico.
III. SEGUNDA PARTE: ALGORITMOS DE ENFOQUE
III-A. Tema 4: Fundamentos de la imagen de radar
Reflectancia y reflectividad: sección transversal de radar, coeficiente de retrodis-
persión y coeficiente de reflexión. Estructura del eco. Imagen de radar. Función de
dispersión de punto [2].
III-B. Tema 5: Algoritmo de enfoque range-DOPPLER (RDA)
Presentación sumaria del algoritmo RDA. Enfoque en distancia. Corrección de la
migración en distancia. Enfoque en acimut. Resultados de simulación.
III-C. Tema 6: Algoritmo de enfoque ω − κ (ωκA)
Presentación sumaria del algoritmo ωκA. Espectro 2D de los datos crudos: dominios
(κ, κu), (ω, κu) y (f, fD). Compresión gruesa o multiplicación por una funcion de
referencia. Mapeo o interploación de STOLT. IDFT de la matriz. Interpretación del
mapeo de STOLT según CUMMING et al. [3].

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III-D. Tema 7: Algoritmo de enfoque usando dechirping
Presentación sumaria de la estrategia de enfoque empleando dechirping. Dechirping o
deramping. Compresión en acimut via RDA u ωκA. Degradación de la resolución con
la distancia [4]. Invalidez de la aproximación stop-and-go [5]: DOPPLER espacial versus
DOPPLER temporal [1].
REFERENCIAS
[1] David W. Hawkins. Synthetic Aperture Imaging Algorithms: with application to wide bandwidth sonar.
PhD thesis, Electrical and Electronic Engineering at the University of Canterbury, Christchurch, New
Zealand, 1996.
[2] Roger J. Sullivan. Radar Foundations for Imaging and Advanced Concepts. SciTech Publishing Inc., 2004.
[3] I. G. Cumming, Y. L. Neo, and F. H. Wong. Interpretations of the omega-k algorithm and comparisons
with other algorithms. Geoscience and Remote Sensing Symposium. IGARSS ’03. Proceedings. IEEE
International, 2003.
[4] Michael I. Duersch. Byu micro-sar: a very small, low-power lfm-cw synthetic aperture radar. Master’s
thesis, Department of Electrical and Computer Engineering, Brigham Young University (BYU), 2004.
[5] Adriano Meta. Signal Processing of FMCW Synthetic Aperture Radar Data. PhD thesis, Delft University
of Technology, The Netherlands, 2006.
[6] Ian G. Cumming and Frank H. Wong. Digital processing of synthetic aperture radar data, algorithm and
implementation. Artech House, 2005.
[7] Mehrdad Soumekh. Synthetic Aperture Radar. Signal Processing with MATLAB Algorithms. John Wiley
& Sons, Inc., 1999.
[8] BU-Chin Wang. Digital signal processing techniques and applications in radar image processing. John Wiley
& Sons, Inc., 2008.