El boomSAR es un sistema de radar de apertura sintética de banda ultraancha (UWB SAR) móvil diseñado por el Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos (ARL) a mediados de la década de 1990 para detectar minas terrestres enterradas y artefactos explosivos improvisados. Montado sobre un brazo telescópico de 45 metros en un vehículo en movimiento estable, el boomSAR transmite señales UWB de pulso corto de baja frecuencia (50 a 1100 MHz) por el costado del vehículo para explorar un área de alcance de 300 metros comenzando a 50 metros de la base del brazo. [1] [2] Viaja a una velocidad aproximada de 1 km/hora y requiere una carretera relativamente plana que sea lo suficientemente ancha para acomodar su base de 18 pies de ancho. [3]
El boomSAR es un sistema totalmente polarimétrico que transmite y recibe formas de onda de baja frecuencia con más de 1 gigahercio de ancho de banda utilizable , cubriendo un espectro de aproximadamente 40 MHz a 1 GHz. [4] [5] Sus subsistemas de radar de banco de pruebas consisten en las antenas, el transmisor, el convertidor analógico a digital (A/D) , el sistema de almacenamiento de datos/procesador, el conjunto de control y temporización, el subsistema MOCOMP y la computadora de interfaz del operador. [5] Muchos de estos componentes son de naturaleza modular para facilitar su modificación y actualizaciones y se construyeron con tecnología comercial lista para usar (COTS) para reducir costos. [5] [6]
La plataforma de elevación de la pluma para el boomSAR es un dispositivo de elevación telescópico de 150 pies de alto con una canasta que se puede mover axial y radialmente y es capaz de soportar una capacidad de carga de 500 a 1000 libras dependiendo de la posición de los brazos telescópicos. Construido por JLG Inc, posee la capacidad única de movimiento de base mientras la pluma está extendida, lo que permite que el boomSAR realice la recopilación de datos utilizando geometría aérea simulada. [5] [6] Los ángulos de visión hacia abajo hasta el objetivo suelen variar de 45 grados a 10 grados dependiendo de la distancia hasta el objetivo y la altura de la pluma. [4]
El boomSAR utiliza dos antenas transmisoras y dos receptoras para proporcionar la matriz de polarización completa (HH, HV, VH, VV) en un sentido cuasi monoestático. [4] Las cuatro antenas son antenas de bocina TEM de 200 W, abiertas por los lados y con terminación resistiva que tienen aproximadamente dos metros de largo con una apertura de 0,3 metros. [2] [4] Dado que los subsistemas se diseñaron específicamente para la aplicación SAR UWB de baja frecuencia, las antenas de bocina TEM tienen un ancho de haz amplio de más de 90 grados y están equipadas con un balun de alta potencia y ancho de banda amplio que puede manejar el pulso pico de 2 MW del transmisor de impulsos. [2] [5] Según datos posteriores, esta combinación de antena/balun es capaz de transmitir una señal UWB de pulso corto con un ancho de banda de 40 MHz a más de 2000 MHz con una frecuencia de repetición de pulso de hasta 1 kHz a través de las cuatro antenas de bocina TEM. [1] [2]
El sistema boomSAR MOCOMP consta de una computadora y un geodímetro , que se encarga de la compensación de movimiento y el posicionamiento del radar en el espacio tridimensional. El geodímetro consta de un teodolito láser robótico de medición de distancias instalado en un extremo de la abertura, un retrorreflector montado en la plataforma elevadora de la pluma cerca de las antenas y una unidad de control montada en la base de la plataforma elevadora de la pluma. A medida que el retrorreflector se mueve con la plataforma elevadora de la pluma, el teodolito rastrea las posiciones angulares horizontales y verticales del retrorreflector y mide su alcance. La posición del retrorreflector se transmite luego a la unidad de control del geodímetro mediante un enlace de radio FM actualizado a una frecuencia de 2,5 Hz. La unidad de control luego procede a transmitir la información de posición a la computadora MOCOMP. [5]
El sistema de procesamiento se basa en una jaula de tarjetas VME con un host Sun SPARC 5 y ocho procesadores de matriz CSPI Supercard basados en Intel i860 para obtener la potencia computacional necesaria para presumir, filtrar y retroproyectar los perfiles de alcance para formar la imagen SAR. El procesamiento de imágenes para el boomSAR se produce en el campo inmediatamente después de la recopilación de datos. Para acomodar el ancho de banda muy amplio del boomSAR para la transferencia de datos y las oportunidades de procesamiento paralelo, los científicos del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. han investigado el uso de procesadores paralelos Mercury. [7]
El subsistema A/D consta de un par de convertidores A/D Tektronix/Analytek VX2005C, 2 Gmuestras/seg y un reloj de referencia estable. Actúa como un receptor de banda ancha para el radar y es excepcionalmente capaz de proporcionar la diferencia de tiempo entre el reloj de muestra y el evento de disparo con una resolución de 10 ps. [4]
El boomSAR se originó como una extensión del railSAR , un sistema SAR UWB guiado por rieles construido en el techo de un edificio de ARL. Una vez que el railSAR mostró resultados prometedores en los primeros ensayos de campo de penetración en el follaje y el suelo, se hicieron planes para trasladar la tecnología railSAR a una plataforma móvil. [2] El objetivo inicial detrás del desarrollo del boomSAR era emular las funciones de un sistema de radar aerotransportado para comprender mejor todo su potencial. A diferencia de un sistema aerotransportado, el boomSAR proporcionó un método rentable para determinar el límite superior de rendimiento para este enfoque del radar a través de experimentos controlados con precisión y repetibles. [3] [8]
En 1999, ARL colaboró con investigadores del mundo académico y de la industria para desarrollar algoritmos de modelado y procesamiento para el boomSAR. Estos incluyen modelos para el método de momentos (MoM) y el método multipolar rápido (FMM) , que contribuyeron al desarrollo de algoritmos de reconocimiento automático de objetivos para sistemas de penetración. [9] [10]
La tecnología boomSAR fue posteriormente reutilizada por el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. para desarrollar el radar de reconstrucción de impulso sincrónico (SIRE) UWB , que montó el sistema SAR en un vehículo todo terreno sin el elevador de pluma. [7] [11]
En 1995, se llevó a cabo una prueba inicial de recopilación de datos para el boomSAR en Aberdeen Proving Ground (APG) en Maryland para probar sus capacidades de penetración en el follaje y el suelo. El sitio de prueba se caracterizaba por un bosque caducifolio de densidad variable, así como por caminos rectos y curvos a través del follaje que podían acomodar el ancho del elevador de la pluma. Durante la prueba, se ocultaron en el bosque o se enterraron en el suelo objetivos canónicos y objetivos tácticos para que el boomSAR los detectara. Los objetivos canónicos incluían dipolos, triedros y diedros dispuestos para probar tanto la calibración como el rendimiento del radar, mientras que los objetivos tácticos consistían en vehículos comerciales de carga utilitaria y HMMWV colocados alrededor del sitio. [6]
Los datos recopilados de la prueba APG se utilizaron posteriormente para estudiar métodos para distinguir vehículos del ruido de fondo. Los analistas determinaron que los árboles y los vehículos tienen características de frecuencia diferentes y que la diferencia en las características podría ayudar al procesamiento automático de discriminación de objetivos. [12]
A fines de la década de 1990, se llevaron a cabo dos esfuerzos separados de recopilación de datos en el Campo de Pruebas de Yuma en Arizona y en la Base de la Fuerza Aérea Eglin en Florida como parte de una iniciativa de investigación patrocinada por el Programa de Investigación y Desarrollo Ambiental Estratégico (SERDP) para mejorar la detección de minas terrestres sin explotar. [1] [3] [8]
En Yuma Proving Ground, las pruebas se llevaron a cabo en el sitio de pruebas Steel Crater, que se superponía parcialmente con la vecina Phillips Drop Zone y dividía el área en dos secciones. La sección que se superponía a la Phillips Drop Zone presentaba una capa de suelo casi homogénea y estaba virtualmente libre de vegetación debido a que el suelo había sido removido a una profundidad de aproximadamente 2 pies. En contraste con la sección arada, la sección natural estaba relativamente intacta. [5] Durante la prueba, la sección arada tenía más de 600 objetivos inertes enterrados en el suelo, como proyectiles de artillería, cohetes, proyectiles de mortero, submuniciones, bombas y minas (minas antitanque M-20 y minas Valmara 69 ), así como objetivos falsos como rocas magnéticas, madrigueras de animales y latas de refresco. Estos objetivos inertes fueron enterrados a diferentes profundidades (desde la superficie hasta 2 metros de profundidad) y ángulos de entrada (de 0 a 90 grados) para proporcionar una evaluación integral del rendimiento del boomSAR. Por otro lado, la sección natural estaba formada principalmente por objetivos tácticos como vehículos, aunque también había algunas minas, cables y tuberías ocultas. El boomSAR tenía la tarea de detectar los objetivos mientras conducía por la cercana Corral Road. [3] [5]
Según los resultados de la prueba, las minas M-20 eran visibles en ambas bandas de frecuencia cuando estaban ubicadas cerca de la superficie, las que estaban profundamente enterradas no podían detectarse en la banda de alta frecuencia. Por otro lado, las minas Valmara 69 no podían detectarse en la banda de baja frecuencia, pero eran algo visibles en la banda alta. A partir de estos datos, los investigadores concluyeron que el boomSAR era más adecuado para utilizar frecuencias más bajas para encontrar las minas M-20 profundamente enterradas y frecuencias más altas para detectar las minas Valmara, mucho más pequeñas. [5]