El radar de imágenes es una aplicación de radar que se utiliza para crear imágenes bidimensionales , normalmente de paisajes. El radar de imágenes proporciona su luz para iluminar un área en el suelo y tomar fotografías en longitudes de onda de radio. Utiliza una antena y un almacenamiento informático digital para registrar sus imágenes. En una imagen de radar, sólo se puede ver la energía que se refleja hacia la antena del radar. El radar se mueve a lo largo de una trayectoria de vuelo y el área iluminada por el radar, o huella, se mueve a lo largo de la superficie en una franja, construyendo la imagen a medida que lo hace. [1]
Las imágenes de radar digitales se componen de muchos puntos. Cada píxel en la imagen del radar representa la retrodispersión del radar para esa área en el suelo ( retorno del terreno ): las áreas más brillantes representan una retrodispersión alta, las áreas más oscuras representan una retrodispersión baja. [1]
La aplicación tradicional del radar es mostrar la posición y el movimiento de objetos típicamente altamente reflectantes (como aviones o barcos ) enviando una señal de ondas de radio y luego detectando la dirección y el retraso de la señal reflejada. Por otro lado, el radar de imágenes intenta formar una imagen de un objeto (por ejemplo, un paisaje) registrando además la intensidad de la señal reflejada para determinar la cantidad de dispersión . La dispersión electromagnética registrada se mapea luego en un plano bidimensional, y a los puntos con mayor reflectividad se les asigna generalmente un color más brillante, creando así una imagen.
Se han desarrollado varias técnicas para hacer esto. Generalmente aprovechan el efecto Doppler causado por la rotación u otro movimiento del objeto y por el cambio de visión del objeto provocado por el movimiento relativo entre el objeto y la retrodispersión que percibe el radar del objeto ( típicamente, un avión) volando sobre la tierra. Gracias a las recientes mejoras de las técnicas, las imágenes de radar se están volviendo más precisas. El radar de imágenes se ha utilizado para mapear la Tierra, otros planetas, asteroides y otros objetos celestes y para clasificar objetivos para sistemas militares.
Un radar de imágenes es un tipo de equipo de radar que se puede utilizar para obtener imágenes. Una tecnología de radar típica incluye emitir ondas de radio, recibir su reflejo y utilizar esta información para generar datos. En un radar de imágenes, las ondas que regresan se utilizan para crear una imagen. Cuando las ondas de radio se reflejan en los objetos, se producen algunos cambios en las ondas de radio y pueden proporcionar datos sobre los objetos, incluida la distancia que viajaron las ondas y el tipo de objetos que encontraron. Utilizando los datos adquiridos, una computadora puede crear una imagen tridimensional o bidimensional del objetivo. [2]
El radar de imágenes tiene varias ventajas. [3] Puede operar en presencia de obstáculos que oscurecen el objetivo y puede penetrar el suelo (arena), el agua o las paredes. [4] [5]
Las aplicaciones incluyen: topografía de superficie y cambios costeros; monitoreo del uso de la tierra, monitoreo agrícola, patrulla de hielo, monitoreo ambiental ; monitoreo de tormentas por radar meteorológico, advertencia de cizalladura del viento; tomografía médica por microondas; [5] imágenes de radar a través de la pared; [6] mediciones 3-D, [7] etc.
La estimación de los parámetros de la pared utiliza sistemas de radar de banda ultra ancha. Se utilizó el radar UWB de secuencia M con antenas circulares y de bocina para recopilar datos y respaldar el método de escaneo. [6]
Las mediciones tridimensionales son proporcionadas por radares láser de amplitud modulada: sensor Erim y sensor Perceptron. En términos de velocidad y confiabilidad para operaciones de alcance medio, las mediciones 3D tienen un rendimiento superior. [7]
Las técnicas actuales de imágenes de radar se basan principalmente en imágenes de radar de apertura sintética (SAR) y de radar de apertura sintética inversa (ISAR). La tecnología emergente utiliza imágenes tridimensionales de radar monopulso .
El radar de apertura real ( RAR ) es una forma de radar que transmite un haz de onda de radio de pulso de ángulo estrecho en la dirección del alcance en ángulo recto con la dirección del vuelo y recibe la retrodispersión de los objetivos que se transformará en una imagen de radar a partir de la imagen recibida. señales.
Por lo general, el pulso reflejado se organizará en el orden de tiempo de retorno desde los objetivos, lo que corresponde al escaneo de dirección de alcance.
La resolución en la dirección del alcance depende del ancho del pulso. La resolución en la dirección del azimut es idéntica a la multiplicación del ancho del haz por la distancia al objetivo. [8]
El radar AVTIS es un radar de imágenes 3D con apertura real de 94 GHz. Utiliza modulación de onda continua modulada en frecuencia y emplea un monoestático escaneado mecánicamente con una resolución de rango submétrico. [9]
El radar láser es una tecnología de detección remota que mide la distancia iluminando un objetivo con un láser y analizando la luz reflejada. [10]
El radar láser se utiliza para obtener imágenes multidimensionales y recopilar información. En todos los modos de recopilación de información, se requieren láseres que transmitan en la región segura para los ojos, así como receptores sensibles en estas longitudes de onda. [11]
Las imágenes tridimensionales requieren la capacidad de medir el rango hasta la primera dispersión dentro de cada píxel. Por lo tanto, se necesita una serie de contadores de alcance. Se está desarrollando un enfoque monolítico para una variedad de contadores de alcance. Esta tecnología debe combinarse con detectores altamente sensibles de longitudes de onda seguras para los ojos. [11]
Para medir la información Doppler se requiere un tipo de esquema de detección diferente al que se utiliza para las imágenes espaciales. La energía láser devuelta debe mezclarse con un oscilador local en un sistema heterodino para permitir la extracción del desplazamiento Doppler. [11]
El radar de apertura sintética (SAR) es una forma de radar que mueve una apertura real o antena a través de una serie de posiciones a lo largo de los objetos para proporcionar variaciones distintivas de señal coherente a largo plazo. Esto se puede utilizar para obtener una resolución más alta.
Los SAR producen una imagen bidimensional (2-D). Una dimensión de la imagen se llama alcance y es una medida de la distancia de "línea de visión" desde el radar hasta el objeto. El alcance se determina midiendo el tiempo desde la transmisión de un pulso hasta la recepción del eco de un objetivo. Además, la resolución del alcance está determinada por el ancho del pulso transmitido. La otra dimensión se llama azimut y es perpendicular al alcance. La capacidad del SAR para producir una resolución de azimut relativamente fina lo diferencia de otros radares. Para obtener una resolución fina de azimut, se necesita una antena físicamente grande para enfocar la energía transmitida y recibida en un haz nítido. La nitidez del haz define la resolución del azimut. Un radar aéreo podría recopilar datos mientras vuela esta distancia y procesarlos como si vinieran de una antena físicamente larga. La distancia que recorre el avión sintetizando la antena se conoce como apertura sintética. Un ancho de haz sintético estrecho resulta de la apertura sintética relativamente larga, que obtiene una resolución más fina que una antena física más pequeña. [12]
El radar de apertura sintética inversa (ISAR) es otro tipo de sistema SAR que puede producir imágenes de alta resolución en dos y tres dimensiones.
Un sistema ISAR consta de una antena de radar estacionaria y una escena objetivo que está experimentando cierto movimiento. Teóricamente, ISAR es equivalente a SAR en el sentido de que la resolución de alto azimut se logra mediante el movimiento relativo entre el sensor y el objeto; sin embargo, la escena del objetivo en movimiento ISAR generalmente se compone de objetos que no cooperan.
Para las imágenes ISAR se necesitan algoritmos con esquemas más complejos para la corrección de errores de movimiento que los necesarios para el SAR. La tecnología ISAR utiliza el movimiento del objetivo en lugar del emisor para crear la apertura sintética. Los radares ISAR se utilizan habitualmente en embarcaciones o aeronaves y pueden proporcionar una imagen de radar de calidad suficiente para el reconocimiento de objetivos. La imagen ISAR suele ser adecuada para discriminar entre diversos misiles, aviones militares y aviones civiles. [13]
Rodar es de lado a lado. El cabeceo es hacia adelante y hacia atrás, el guiñada es girar hacia la izquierda o hacia la derecha.
La técnica de imágenes tridimensionales del radar monopulso utiliza una imagen de rango 1D y una medición del ángulo monopulso para obtener las coordenadas reales de cada dispersor. Usando esta técnica, la imagen no varía con el cambio del movimiento del objetivo. Las imágenes tridimensionales del radar monopulso utilizan técnicas ISAR para separar los dispersores en el dominio Doppler y realizar mediciones del ángulo de monopulso.
Las imágenes 3D del radar monopulso pueden obtener 3 vistas de objetos 3D utilizando dos de los tres parámetros obtenidos del haz de diferencia de acimut, el haz de diferencia de elevación y la medición de alcance, lo que significa que las vistas frontal, superior y lateral pueden ser azimut-elevación, azimut-rango y elevación-rango, respectivamente.
Las imágenes de monopulso generalmente se adaptan a objetivos de corto alcance, y la imagen obtenida mediante imágenes tridimensionales de radar monopulso es la imagen física que es consistente con el tamaño real del objeto. [14]
El radar de imágenes 4D aprovecha un conjunto de antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MiMo) para la detección, mapeo y seguimiento de alta resolución de múltiples objetivos estáticos y dinámicos simultáneamente. Combina imágenes 3D con análisis Doppler para crear una dimensión adicional: la velocidad. [15]
Un sistema de radar de imágenes 4D mide el tiempo de vuelo desde cada antena transmisora (Tx) hasta un objetivo y de regreso a cada antena receptora (Rx), procesando datos de los numerosos elipsoides formados. El punto en el que se cruzan los elipsoides, conocido como punto caliente, revela la posición exacta de un objetivo en un momento dado.
Su versatilidad y confiabilidad hacen que el radar de imágenes 4D sea ideal para hogares inteligentes, automoción, comercio minorista, seguridad, atención médica y muchos otros entornos. La tecnología se valora por combinar todos los beneficios de las tecnologías de cámara, LIDAR, imágenes térmicas y ultrasonidos, con beneficios adicionales:
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