El radar SAFIRE ( Spectrally Agile Frequency-Incrementing Reconfigurable ) es un sistema de radar de penetración terrestre (FLGPR) con visión frontal montado en un vehículo diseñado para detectar peligros explosivos enterrados u ocultos. [1] [2] Fue desarrollado por el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. (ARL) en 2016 como parte de una larga generación de sistemas de radar de banda ultra ancha (UWB) y de apertura sintética (SAR) creados para combatir minas terrestres enterradas y artefactos explosivos improvisados. Las iteraciones anteriores incluyen el railSAR , el boomSAR y el radar SIRE . [3] [4]
El radar SAFIRE fue concebido inicialmente como una respuesta a la creciente congestión del espectro de radiofrecuencia (RF) debido al reciente crecimiento de la tecnología inalámbrica . Como parte de un esfuerzo por mejorar el sistema de radar SIRE existente, el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. diseñó el radar SAFIRE como un radar UWB que pudiera igualar o superar el rendimiento del radar SIRE mientras operaba en entornos de RF congestionados. En lugar de UWB de impulsos, se le ajustó un diseño de frecuencia escalonada para conservar la agilidad espectral mientras se mantenían los requisitos mínimos de muestreo de ADC. El radar SAFIRE también fue diseñado para ser altamente reconfigurable debido a su naturaleza como radar experimental. [2]
El radar SAFIRE se diferencia de los sistemas SAR UWB anteriores desarrollados por ARL, como el boomSAR y el radar SIRE , en que utiliza un sistema de frecuencia escalonada en lugar de uno de pulso corto. Uno de los principales desafíos causados por la naturaleza del radar SIRE como un sistema UWB de impulsos era su alta susceptibilidad a la interferencia de radiofrecuencia (RFI) dentro de la banda . [2] En contraste, los radares de frecuencia escalonada pueden eliminar frecuencias específicas dentro de su banda operativa, lo que reduce la interferencia de los sistemas de radar cercanos. Además, las bandas de frecuencia donde hay RFI se pueden eliminar fácilmente con el uso de técnicas de detección espectral . [5] Además, mientras que los radares UWB de impulsos como el radar SIRE deben evitar transmitir señales en ciertas bandas de frecuencia reservadas, los radares de frecuencia escalonada poseen la flexibilidad de transmitir señales que se ajusten a cualquier forma espectral, siempre que las señales de retorno se procesen para minimizar el ruido. [6] Las imágenes de radar resultantes de este enfoque pueden presentar bandas de frecuencias sobre el ancho de banda operativo sin datos como consecuencia. [7]
Gracias a estas configuraciones, el radar SAFIRE es capaz de realizar operaciones de banda ultra ancha con una resolución de alcance y capacidades de penetración comparables, evitando al mismo tiempo las áreas espectrales congestionadas con un alto contenido de RF. [5] Una vez completado el desarrollo, el radar SAFIRE fue sometido posteriormente a una serie de pruebas de campo en un árido sitio de pruebas del Ejército en 2016 y 2017, donde se le encargó detectar varias minas terrestres antitanque ocultas por todo el sitio y enterradas a diferentes profundidades. [3] [6] Según los resultados de estos experimentos, se demostró que el radar SAFIRE era capaz de detectar y obtener imágenes de minas terrestres orientadas de costado que estaban enterradas a una profundidad de hasta 8 pulgadas en el suelo. [1]
El radar SAFIRE opera en un ancho de banda que va de 300 MHz a 2 GHz con un tamaño mínimo de paso de frecuencia de 1 MHz. [2] Sin embargo, el tamaño del paso de frecuencia puede ser establecido por el usuario y generalmente está determinado por la velocidad del vehículo en el que está montado el sistema. [3] Si bien un aumento en el ancho de banda puede mejorar la resolución y la relación señal-desorden, la resolución del radar SAFIRE fue elegida específicamente para ser comparable a las dimensiones de una mina terrestre antipersonal (AP) típica . El sistema de radar utiliza una arquitectura superheterodina para mantener la RFI más separada de la señal recibida dentro de la banda operativa del radar. También fue diseñado para tener un control de tiempo altamente reconfigurable, donde el usuario puede seleccionar los tiempos de encendido/apagado de transmisión y recepción con una resolución de 8,33 nanosegundos. [7]
Las antenas del receptor SAFIRE están dispuestas en una matriz lineal uniforme que consta de 16 antenas de muesca Vivaldi fabricadas por ARL . Dos grandes antenas de transmisión de bocina de cuatro crestas ETS-Lindgen están estacionadas sobre la matriz y separadas de las antenas de recepción por una espuma absorbente de radar. [1] [7] El sistema de radar se puede configurar para tener una orientación frontal o lateral, pero para hacerlo es necesario rotar físicamente las antenas de muesca Vivaldi. Por el contrario, las antenas de bocina ETS-Lindgen se pueden cambiar electrónicamente entre polarizaciones verticales u horizontales . [3] A través de esta configuración, es posible que el sistema SAFIRE recopile datos totalmente polarimétricos. [6]
El transmisor consta de dos etapas de mezcla que producen la frecuencia de operación mezclando las tres señales generadas. Una vez filtrada, la frecuencia de operación pasa a través del interruptor Tx-Enable y luego al interruptor Tx-LR, ambos fabricados con componentes comerciales listos para usar . El interruptor Tx-Enable es responsable de controlar el ancho de pulso y el ciclo de trabajo de la frecuencia de operación y también puede desactivar el transmisor durante el modo de solo escucha. Cuando el radar SAFIRE no está en modo de solo escucha, la señal se envía al interruptor Tx-LR, que se utiliza para alternar entre los transmisores izquierdo y derecho. Un tercer interruptor llamado interruptor Tx-Pol controla qué puerto de polarización se utiliza después de la amplificación de potencia realizada por una placa de circuito impreso (PCB) fabricada por ARL , que está incorporada con circuitos integrados AD9249 . [1]
El receptor rastrea la frecuencia de operación actual durante la primera etapa de mezcla utilizando un oscilador local escalonado (LO) , que se mantiene en un desplazamiento constante con respecto a la frecuencia de operación escalonada. Esta primera etapa de mezcla sirve para reducir el ancho de banda operativo de 1700 MHz a una frecuencia intermedia de banda estrecha, que luego se amplifica y se filtra. Una vez amplificadas, las señales se dividen en cuatro direcciones y se conectan a un módulo Rx, que consta de tres PCB y cuatro canales de receptor. [1]
El radar SAFIRE también cuenta con dos cámaras electroópticas (EO) Point Grey Flea 2G HD y dos cámaras infrarrojas de onda larga (LWIR) Xenics Gobi 640. Las cámaras EO tienen una resolución de 2448x2048 y 7,5 fotogramas por segundo, mientras que las cámaras LWIR operan entre 8 y 14 micrómetros con una sensibilidad de 55 mK. [1] Los datos generados a partir de estas cuatro cámaras se pueden superponer con los datos de radar recopilados para producir una pantalla de realidad aumentada estereoscópica para el usuario que le permite ver todos los datos del sensor simultáneamente. [1] [6] Además, estos datos permiten que el sistema SAFIRE genere una reconstrucción métrica de la escena con información sobre la extensión espacial y la proximidad de los objetos presentes. [6] También se hicieron planes para combinar datos de las cámaras EO y LWIR para crear escaneos métricos 3D del entorno completos con información de profundidad, color, térmica y radar para mejorar la experiencia de visualización del usuario. [1]
El radar SAFIRE incorpora un receptor GPS y una unidad de medición inercial (IMU) para recopilar y determinar la posición y los movimientos de la plataforma a medida que se desplaza sobre su vehículo designado. Esta información permite al sistema crear imágenes SAR utilizando la técnica de retroproyección del radar . [3] [5]