La indicación de objetivo en movimiento ( MTI ) es un modo de operación de un radar para discriminar un objetivo contra el desorden . [1] Describe una variedad de técnicas utilizadas para encontrar objetos en movimiento, como un avión, y filtrar los que están inmóviles, como colinas o árboles. Contrasta con la técnica moderna de indicación de objetivos estacionarios (STI), que utiliza detalles de la señal para determinar directamente las propiedades mecánicas de los objetos reflectantes y así encontrar objetivos, estén en movimiento o no.
Los primeros sistemas MTI generalmente usaban una línea de retardo acústico para almacenar un único pulso de la señal recibida exactamente durante el tiempo entre transmisiones (la frecuencia de repetición del pulso ). Este pulso almacenado se enviará a la pantalla junto con el siguiente pulso recibido. El resultado fue que la señal de cualquier objeto que no se movía se mezclaba con la señal almacenada y quedaba silenciada. Sólo las señales que cambiaban porque se movían permanecían en la pantalla. Estos estaban sujetos a una amplia variedad de efectos de ruido que los hacían útiles sólo para señales fuertes, generalmente para la detección de aviones o barcos.
La introducción de transmisores de klistrón coherentes en fase , a diferencia del magnetrón de cavidad incoherente utilizado en radares anteriores, condujo a la introducción de una nueva técnica MTI. En estos sistemas, la señal no se enviaba directamente a la pantalla, sino que primero se enviaba a un detector de fase . Los objetos estacionarios no cambiaban la fase de un pulso a otro, pero los objetos en movimiento sí. Al almacenar la señal de fase, en lugar de la señal analógica original o video , y comparar la señal almacenada y la actual para detectar cambios en la fase, se revelan los objetivos en movimiento. Esta técnica es mucho más resistente al ruido y se puede ajustar fácilmente para seleccionar diferentes umbrales de velocidad para filtrar diferentes tipos de movimiento. [1]
Las señales coherentes de fase también permitieron la medición directa de la velocidad mediante el desplazamiento Doppler de una única señal recibida. Esto se puede introducir en un filtro de paso de banda para filtrar cualquier parte de la señal de retorno que no muestre un cambio de frecuencia, extrayendo así directamente los objetivos en movimiento. Esto se volvió común en los años 1970 y especialmente en los años 1980. Los radares modernos generalmente realizan todas estas técnicas MTI como parte de un conjunto más amplio de procesamiento de señales que llevan a cabo procesadores de señales digitales . El MTI puede estar especializado en términos del tipo de desorden y entorno: MTI aéreo ( AMTI ), MTI terrestre ( GMTI ), etc., o puede ser un modo combinado: indicación de objetivo estacionario y en movimiento ( SMTI ).
El radar MTI utiliza una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) baja para evitar ambigüedades en el alcance.
El indicador de objetivo móvil (MTI) comienza con el muestreo de dos pulsos sucesivos. El muestreo comienza inmediatamente después de que termina el pulso de transmisión del radar. El muestreo continúa hasta que comienza el siguiente pulso de transmisión.
El muestreo se repite en el mismo lugar para el siguiente pulso de transmisión, y la muestra tomada (a la misma distancia) con el primer pulso se gira 180 grados y se agrega a la segunda muestra. Esto se llama interferencia destructiva .
Si un objeto se mueve en la ubicación correspondiente a ambas muestras, entonces la señal reflejada por el objeto sobrevivirá a este proceso debido a la interferencia constructiva. Si todos los objetos están estacionarios, las dos muestras se cancelarán y quedará muy poca señal.
Los dispositivos de microondas de alta potencia, como los amplificadores de campo cruzado , no son estables en fase. La fase de cada pulso de transmisión es diferente de los pulsos de transmisión anteriores y futuros. Este fenómeno se llama fluctuación de fase .
Para que MTI funcione, se debe muestrear la fase inicial de ambos pulsos de transmisión y se debe ajustar la rotación de fase de 180 grados para lograr la cancelación de la señal en objetos estacionarios.
Una influencia secundaria es que la rotación de fase es inducida por Doppler y eso crea velocidades ciegas. Por ejemplo, un objeto que se mueve a 75 m/s (170 millas/hora) producirá un cambio de fase de 180 grados cada 1 milisegundo en la banda L.
Si el intervalo de repetición del pulso es de 0,002 s entre los pulsos de transmisión, entonces el proceso MTI producirá una rotación de fase. Eso es lo mismo que un objeto estacionario, lo que hace que el sistema sea ciego a los objetos que viajan a esta velocidad radial.
MTI requiere 3 o 4 pulsos para reducir el efecto de las velocidades ciegas. Las estrategias de pulsos múltiples utilizan pulsos escalonados con intervalos de repetición de pulsos irregulares para evitar la cancelación de la señal en objetos en movimiento. El proceso de suma es ligeramente diferente para dar cabida a las muestras adicionales.
La fluctuación de fase, los efectos Doppler y las influencias ambientales limitan la medida de rendimiento de la visibilidad del subdesorden del MTI a una mejora de aproximadamente 25 dB. Esto permite detectar objetos en movimiento aproximadamente 300 veces más pequeños cerca de objetos estacionarios más grandes.
Se requiere procesamiento de señales Pulse-Doppler para lograr una mayor visibilidad de los obstáculos.
Un objetivo viaja a una velocidad en un rango máximo con ángulo de elevación y azimut con respecto a un radar MTI biestático.
La probabilidad de detectar un objetivo determinado en un rango determinado cada vez que el haz del radar lo recorre, Pd, está determinada por factores que incluyen el tamaño de la antena y la cantidad de potencia que irradia. Una antena grande que irradia a alta potencia proporciona el mejor rendimiento. Para obtener información de alta calidad sobre objetivos en movimiento, la Pd debe ser muy alta.
La precisión de la ubicación depende de la certeza de la posición del radar, la precisión de la orientación del radar, la resolución del acimut y la resolución del alcance. Una antena larga o una longitud de onda muy corta pueden proporcionar una resolución de azimut fina. Las antenas cortas tienden a tener un error de azimut mayor, un error que aumenta con el alcance hasta el objetivo porque la relación señal-ruido varía inversamente con el alcance. La precisión de la ubicación es vital para el rendimiento del seguimiento porque evita la corrupción del seguimiento cuando hay múltiples objetivos y permite determinar en qué carretera se encuentra un vehículo si se mueve en un área con muchas carreteras.
La precisión de la ubicación del objetivo es proporcional al rango de inclinación, la frecuencia y la longitud de apertura.
La resolución del alcance del objetivo determina si dos o más objetivos que se mueven muy cerca serán detectados como objetivos individuales. Con radares de mayor rendimiento, la resolución del alcance del objetivo, conocida como resolución de alto alcance (HRR), puede ser tan precisa que puede ser posible reconocer un objetivo específico (es decir, uno que se haya visto antes) y ubicarlo en una clase específica. (por ejemplo, un tanque T-80). Esto permitiría un seguimiento más confiable de vehículos o grupos de vehículos específicos, incluso cuando se mueven en medio de un tráfico denso o desaparecen durante un período debido a un control.
El MDV proviene de la dispersión de frecuencia del desorden del lóbulo principal. MDV determina si se detectará el tráfico. Un radar GMTI debe distinguir un objetivo en movimiento del desorden terrestre utilizando la firma Doppler del objetivo para detectar el componente radial del vector de velocidad del objetivo (es decir, midiendo el componente del movimiento del objetivo directamente a lo largo de la línea radar-objetivo). Para capturar la mayor parte de este tráfico, incluso cuando se mueve casi tangencialmente a través del radar (es decir, perpendicular a la línea del radar-objetivo), un sistema debe tener la capacidad de detectar velocidades radiales muy lentas. A medida que el componente radial de la velocidad de un objetivo se aproxima a cero, el objetivo caerá en la zona de obstáculos o ciega . Esto se calcula como: [ cita necesaria ]
Cualquier objetivo con una velocidad inferior a este mínimo (MDV) no puede detectarse porque no hay suficiente desplazamiento Doppler en su eco para separarlo del retorno del eco parásito del lóbulo principal.
La tasa de cobertura del área (medida en área por unidad de tiempo) es proporcional a la potencia del sistema y al tamaño de apertura. Otros factores que pueden ser relevantes incluyen el espaciado de la red, el tamaño del amplificador de potencia, la cuantificación del módulo, el número de haces procesados y las pérdidas del sistema.
La distancia de separación es la distancia que separa un sistema de radar del área que cubre.
El tamaño del área de cobertura es el área que el sistema puede mantener bajo vigilancia continua desde una órbita específica. Los principios de diseño bien conocidos hacen que el alcance máximo de detección de un radar dependa del tamaño de su antena (apertura del radar), la cantidad de potencia irradiada por la antena y la eficacia de su mecanismo de cancelación de parásitos. La curvatura de la Tierra y la protección del terreno, el follaje y los edificios hacen que la altitud del sistema sea otro factor clave que determina la profundidad de la cobertura. La capacidad de cubrir un área del tamaño del área de interés de un comandante de cuerpo de ejército desde una distancia segura es el sello distintivo de un sistema GMTI avanzado y eficaz.
Esto equivale a la frecuencia con la que el haz del radar pasa sobre un área determinada. Las revisiones frecuentes son muy importantes para la capacidad del radar para lograr la continuidad de la trayectoria y contribuyen a una mayor probabilidad de detección del objetivo al disminuir la posibilidad de oscurecimiento debido a la protección de árboles, edificios u otros objetos. Una tasa de revisita rápida se vuelve crítica para proporcionar una pista incorrupta cuando un objetivo se mueve en medio de un tráfico denso o está temporalmente oscurecido, aunque sólo sea por los árboles a lo largo de una carretera.
