ES2234608T3 - Tecnica para el uso de codigos bifasicos de muy alta compresion de impulsos. - Google Patents
Tecnica para el uso de codigos bifasicos de muy alta compresion de impulsos.Info
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Abstract
Un método (20) para su uso en un sistema de radar de matriz sintética, caracterizado por las operaciones de: transmitir (21) señales de radar que incluyen una forma de onda SAR de resolución ultra-alta y elevado factor de trabajo, generada utilizando un código bifásico con una alta relación de compresión de pulso predeterminada; aplicar la transformada de Fourier (25) a la respuesta del radar recibida, que incluye un mapa SAR; multiplicar (26) el mapa SAR transformado según Fourier por un conjunto almacenado de pesos complejos; aplicar un filtro paso bajo (27) al mapa SAR transformado según Fourier y compensado con los pesos complejos para reducir el número de puntos de rango; y aplicar la transformada inversa de Fourier (29, 31) al mapa SAR compensado y tras pasar por el filtro paso bajo para obtener puntos de rango comprimidos que correspondan a un mapa SAR que tenga una sensibilidad realzada.
Description
Técnica para el uso de códigos bifásicos de muy
alta compresión de impulsos.
La presente invención se refiere en general a
sistemas de radar de matriz sintética (SAR), y más particularmente,
a una técnica que utiliza códigos bifásicos de muy alta relación de
compresión de pulso para proporcionar una forma de onda avanzada
utilizada en sistemas de radar de matriz sintética (SAR).
En US-A-5,627,543
se describe un método de generación de imágenes en relación con un
radar.
US-A-5070337
describe un método de optimización para filtros supresores de
lóbulos laterales de rango, y un filtro que utiliza una forma de
onda con codificación binaria.
El cesionario de la presente invención diseña y
desarrolla sistemas de radar de matriz sintética. Hasta este
momento, la aplicación de códigos bifásicos de muy alta relación de
compresión de pulso para un radar de matriz sintética de resolución
ultra alta ha dado como resultado un comportamiento mediocre debido
a los grandes lóbulos laterales de rango. Sería deseable mejorar los
lóbulos laterales de rango de códigos bifásicos largos en
sensibilidades de radar realzadas para mejorar el comportamiento
general del sistema. También sería deseable tener una implementación
eficiente de los códigos bifásicos de alta relación de compresión de
pulso par su uso en sistemas de radar de matriz sintética.
Sería, por tanto, deseable, tener una técnica que
use códigos bifásicos de muy alta relación de compresión de pulso
para proporcionar una forma de onda avanzada utilizada en sistemas
de radar de matriz sintética. También sería deseable tener un método
de procesamiento para su utilización con sistemas de radar de matriz
sintética que proporcione un comportamiento mejorado con factores
de trabajo elevados para conseguir realzar la sensibilidad del
radar.
La presente invención, tal como se define en la
reivindicación 1, incluye un método de procesamiento para su uso en
la mejora de las imágenes SAR con factores de trabajo elevados, que,
a su vez, contribuyen a realzar la sensibilidad del radar. Las
señales del radar que se transmiten incluyen una forma de onda SAR
de resolución ultra alta y de elevado factor de trabajo generada
utilizando un código bifásico con una alta relación de compresión de
pulso predeterminada. Las respuestas del radar, incluyendo un mapa
SAR, sufren una transformación de Fourier y se multiplican por un
conjunto almacenado de pesos complejos. Los pesos complejos
almacenados se calculan fuera de línea tomando el recíproco de la
transformada de Fourier del código bifásico y multiplicándolo por un
conjunto modificado de pesos Dolph-Chebyshev. La
señal de radar resultante (el mapa SAR transformado por Fourier y
compensado según los pesos complejos) sufre entonces una
transformación inversa de Fourier para obtener puntos de rango
comprimidos que corresponden a un mapa SAR que tiene sensibilidad
realzada. El mapa SAR, después de sufrir la transformación inversa
de Fourier, se procesa entonces para su visualización.
El método de procesamiento permite la
implementación y procesamiento de códigos bifásicos de muy alta
relación de compresión de pulso para sistemas de radar de matriz
sintética de resolución ultra alta. El método de procesamiento
consigue un comportamiento excelente con factores de trabajo
elevados para una sensibilidad de radar realzada. El método de
procesamiento mejora sensiblemente los lóbulos laterales de rango de
códigos bifásicos largos con sensibilidades de radar realzadas y el
comportamiento general del sistema. Además, el método de
procesamiento contribuye a una implementación eficiente de los
códigos bifásicos de alta relación de compresión de pulso. El método
de procesamiento consigue lóbulos laterales de rango de picos bajos
y una relación de lóbulo lateral integrada (ISLR) excelente con una
baja pérdida de peso.
La presente invención se puede utilizar en
sistemas de radar de matriz sintética utilizados para
reconocimiento, por ejemplo. La presente invención proporciona una
forma de onda de codificación binaria de resolución ultra alta y de
factor de trabajo elevado para su uso en sistemas de radar de matriz
sintética que produce una sensibilidad y calidad de imagen
mejoradas.
Las múltiples características y ventajas de la
presente invención se comprenderán con más facilidad haciendo
referencia a la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto
con los dibujos que la acompañan, en los que números de referencia
parecidos designan elementos estructurales parecidos, y en los
que:
La Fig. 1 ilustra una forma de onda SAR ejemplar,
con una relación de compresión de pulso alta, de acuerdo con los
principios de la presente invención;
La Fig. 2 es un diagrama de bloques de proceso
para un sistema de radar de matriz sintética de resolución ultra
fina que tiene una elevada relación de compresión de pulso bifásico
(código de Barker compuesto de 371293:1).
La Fig. 3 es un gráfico que ilustra la respuesta
al impulso de un código de Barker compuesto de 28561:1;
La Fig. 4 es un gráfico que ilustra la respuesta
frente a los puntos de rango que muestra una vista expandida
alrededor del lóbulo principal de la Fig. 3; y
La Fig. 5 ilustra el comportamiento de un sistema
de radar de matriz sintética con una discrepancia Doppler para un
código de Barker compuesto de 28561:1.
La presente invención se refiere a una técnica
para el procesamiento de códigos bifásicos de alta relación de
compresión de pulso para aplicaciones relacionadas con un radar de
matriz sintética (SAR) de resolución ultra alta. Se llevó a cabo un
análisis de comportamiento para código de Barker compuestos de
relaciones de compresión de pulso de hasta 13^{5}:1 (371293:1). Se
consiguió un buen comportamiento (bajos lóbulos laterales y bajas
pérdidas) utilizando procesamiento en el dominio de la
frecuencia.
De acuerdo con la presente invención, una
transformada de Fourier de la respuesta recibida del radar que
incluye una forma de onda SAR de resolución ultra alta y factor de
trabajo elevado generada utilizando un código bifásico con una alta
relación de compresión de pulso predeterminada se multiplica por un
conjunto almacenado de pesos complejos. Los pesos complejos
almacenados se calculan fuera de línea tomando el recíproco de la
transformada de Fourier del código bifásico y multiplicando por un
conjunto de pesos Dolph-Chebyshev modificados. A la
señal de radar compensada resultante se le realiza la transformada
inversa de Fourier para obtener puntos de rango comprimidos.
Para un modo SAR de alta resolución real, se
efectúa un formateo polar sobre la señal de radar transformada
compensada antes de aplicar la transformada inversa de Fourier. Para
el código de Barker compuesto de 371293:1, se puede encontrar un
conjunto de pesos que sea dos veces el tamaño del pulso y consiga un
nivel de pico para el lóbulo lateral de rango de -29 dB, una pérdida
de peso de 1,7 dB y una relación de lóbulo lateral de rango
integrada de -19 dB. Estos lóbulos laterales se aplican a objetivos
de la misma frecuencia Doppler.
Para objetivos a diferentes frecuencias Doppler,
los lóbulos laterales de rango se degradan pero se consigue un
rechazo adicional mediante un procesamiento pulso a pulso que supera
este problema. Se descubrió que la degradación de lóbulos laterales
de rango era insignificante para cualquier offset Doppler lo
suficientemente pequeño como para prevenir el rechazo pulso a pulso.
Sólo objetos terrestres a muy alta velocidad con frecuencias Doppler
que son ambiguas en relación con PRF tienen mayores lóbulos
laterales de rango que no son rechazados por el procesamiento pulso
a pulso. Para el ejemplo presentado abajo, todo el procesamiento SAR
(con una relación de compresión de pulso de 371293:1) requiere una
salida de aproximadamente 3 GCOPS.
En referencia a las figuras dibujadas, en la Fig.
1 se muestra un ejemplo de una forma de onda 10 SAR de resolución
ultra-alta (0,1524 m) y elevado factor de trabajo de
acuerdo con los principios de la presente invención empleando una
relación de compresión de pulso alta. La forma de onda 10 tiene un
factor de trabajo del 25% y proporciona imágenes SAR a
aproximadamente 100 Km con una PRF de 680 Hz.
En la Fig. 2 se muestra un diagrama de bloques
detallado que ilustra un ejemplo de método de procesamiento 20 de
acuerdo con los principios de la presente invención para procesar la
forma de onda 10. Las señales del radar que se transmiten 21
incluyen una forma de onda 10 SAR de resolución
ultra-alta y elevado factor de trabajo generada
utilizando un código bifásico con una alta relación de compresión de
pulso predeterminada. Las respuestas del radar, que incluyen un mapa
SAR, se digitalizan 22 mediante un convertidor analógico a digital
(ADC), lo que se lleva a cabo a una velocidad de 1,2 GHz. El ajuste
de fase 22 por compensación de movimiento se puede realizar sobre
las respuestas del radar digitalizadas. El objetivo del ajuste de
fase 23 por compensación de movimiento es cancelar el cambio de fase
debido al cambio en el rango de la antena del radar en relación con
el centro del mapa SAR.
Para un mapa SAR de 1000 píxeles por 1000 píxeles
a una distancia de 100 Km y a una velocidad propia de 200 m/s, el
mapa SAR con compensación de movimiento se remuestrea 24, por medio
de un filtro de respuesta finita al impulso (FIR), por ejemplo,
utilizando una relación de remuestreo pulso a pulso de
aproximadamente 30:1. Se toma entonces un intrapulso FFT 25 de las
respuestas del radar y se multiplican 26 los resultados con los
pesos almacenados de una inversa compensada del espectro del código
bifásico. Los pesos se optimizan para el rendimiento, resolución y
pérdida de peso del lóbulo lateral de rango. Esto produce un
espectro ecualizado de la escena. Los pesos son un conjunto
modificado de pesos Dolph-Chebyshev de 100k y 60 dB
con una interpolación lineal 16 a 1 hasta pesos de 1600k. La
interpolación reduce los lóbulos laterales lejanos debidos a la
compresión de pulso y, por tanto, mejora la relación de lóbulo
lateral integrada (ILSR).
El filtrado paso bajo 27 del intrapulso se lleva
a cabo entonces sobre el mapa SAR, transformado según Fourier y
compensado según los pesos complejos, para reducir el número de
puntos de rango hasta un número deseado. El mapa SAR filtrado se
convierte 28 en un formato polar. La compresión de rango 29 se
consigue mediante una compensación de rango y una transformación
inversa de Fourier (FFT) del mapa SAR. Se efectúa un procesamiento
opcional de autoenfoque 30, el tiempo de matriz es de 60 segundos
para el escenario del proceso de ejemplo. La compresión azimutal 31
se consigue efectuando una FFT compensada pulso a pulso sobre el
mapa SAR. La detección de magnitud y post procesamiento 32 del
azimut y del mapa SAR de rango comprimido se efectúan entonces para
formatear los datos para su visualización 33. El remuestreo 25
(remuestreo FIR pulso a pulso), el filtro paso bajo 27 del
intrapulso, y los FFTs del intrapulso usados en la compresión de
rango y azimut 29, 31 constituyen aproximadamente el 95% del total
del procesamiento, que es de aproximadamente 3 GCOPS.
Se analizó el comportamiento de códigos bifásicos
grandes para relaciones de compresión de pulso de hasta 13^{5}:1
(ó 371293:1). La Fig. 3 muestra el comportamiento para un código de
Barker compuesto de 13^{4}:1 (ó 28561:1). La Fig. 4 es una vista
expandida alrededor del lóbulo principal mostrado en la Fig. 3. En
las Figs. 3 y 4, la longitud del código es 28,56 K, la pérdida es
1,198 dB, se tomaron 2 muestras por chip, la magnitud del FFT es
196,6 K, la frecuencia Doppler por la anchura de pulso = 0, y los
pesos Dolph-Chebyshev fueron 158,8 K y 60 dB con 16
a 1, y la relación lóbulo lateral de rango integrada fue de -19 dB.
Se forzó que la longitud de la ventana de compensación en el dominio
del tiempo fuese el doble de la anchura del pulso. Esto se consiguió
transformando los pesos complejos descritos arriba al dominio del
tiempo, haciendo cero los coeficientes que se encontraban fuera de
la ventana designada y transformando otra vez al dominio de la
frecuencia. Como se puede observar, la pérdida de peso es 1,2 dB, el
pico del lóbulo lateral es de -29 dB y el ISLR es de -19 dB.
Se observó que el pico del lóbulo lateral y el
ISLR no eran sensibles a la longitud del código cuando la longitud
de la ventana de compensación en el dominio del tiempo se limitaba
al doble de la anchura de pulso. La pérdida de peso resultó ser 0,2
dB para un código Barker de 13:1 y 1,7 dB para un código de Barker
compuesto de 371293:1. Se descubrió que si el tamaño de la ventana
de compensación se aumentaba hasta tres veces la longitud de pulso
del radar entonces el pico del lóbulo lateral disminuye hasta -44 dB
y el ILSR disminuye hasta aproximadamente -26 dB.
El comportamiento con una discrepancia Doppler
correspondiente a un desplazamiento azimutal de un píxel se muestra
en la Fig. 5. En la Fig. 5, la longitud del código es 28,56 K, la
pérdida es 1,198 dB, se tomaron 2 muestras por chip, la magnitud del
FFT es 196,6 K, la frecuencia Doppler por la anchura de pulso =
0,005, y los pesos Dolph-Chebyshev fueron 158,8 K y
60 dB con 16 a 1, y la relación lóbulo lateral de rango integrada
fue -18,97 dB. Como se puede observar en las Figs. 3 y 5, la
degradación de los lóbulos laterales y del ISLR debido a esta
discrepancia es insignificante. Offsets mayores de la frecuencia
Doppler son rechazados por el procesamiento pulso a pulso.
Por tanto, se ha descrito un método de
procesamiento que sirve para códigos bifásicos de muy alta relación
de compresión de pulso que puede utilizarse en sistemas de radar de
matriz sintética. Se debe entender que la realización arriba
descrita es meramente ilustrativa de una de las múltiples
realizaciones específicas que representan aplicaciones de los
principios de la presente invención. Claramente, los expertos en la
materia pueden concebir fácilmente otras numerosas disposiciones sin
desviarse del alcance de la invención tal como se define en las
reivindicaciones del apéndice.
Claims (9)
1. Un método (20) para su uso en un sistema de
radar de matriz sintética, caracterizado por las operaciones
de:
transmitir (21) señales de radar que incluyen una
forma de onda SAR de resolución ultra-alta y elevado
factor de trabajo, generada utilizando un código bifásico con una
alta relación de compresión de pulso predeterminada;
aplicar la transformada de Fourier (25) a la
respuesta del radar recibida, que incluye un mapa SAR;
multiplicar (26) el mapa SAR transformado según
Fourier por un conjunto almacenado de pesos complejos;
aplicar un filtro paso bajo (27) al mapa SAR
transformado según Fourier y compensado con los pesos complejos para
reducir el número de puntos de rango; y
aplicar la transformada inversa de Fourier (29,
31) al mapa SAR compensado y tras pasar por el filtro paso bajo para
obtener puntos de rango comprimidos que correspondan a un mapa SAR
que tenga una sensibilidad realzada.
2. El método (20) detallado en la reivindicación
1, caracterizado, además, por la operación de procesar (22)
la respuesta del radar recibida que incluye el mapa SAR utilizando
un proceso con ajuste de fase por compensación de movimiento para
obtener un mapa SAR con compensación de movimiento.
3. El método (20) detallado en la reivindicación
2, caracterizado por la operación de:
procesar (32, 33) el mapa SAR para su
visualización.
4. El método (20) detallado en la reivindicación
2 ó 3, caracterizado, además, por la operación de remuestrear
(24) el mapa SAR con compensación de movimiento.
5. El método (20) detallado en la reivindicación
1 ó 3, caracterizado porque los pesos almacenados incluyen
una inversa compensada del espectro del código bifásico.
6. El método (20) detallado en la reivindicación
1 ó 3, caracterizado porque los pesos incluyen un conjunto
modificado de pesos Dolph-Chebyshev.
7. El método (20) detallado en la reivindicación
1 ó 3, caracterizado, además, por la operación del formateado
(28) polar del mapa SAR transformado según los pesos, antes de la
operación de aplicar la transformada inversa de Fourier.
8. El método (20) detallado en la reivindicación
1 ó 3, caracterizado porque los pesos complejos se calculan
tomando el recíproco de la transformada de Fourier del código
bifásico y multiplicando por un conjunto modificado de pesos
Dolph-Chebyshev.
9. El método (20) detallado en la reivindicación
1 ó 3, caracterizado porque los pesos complejos se optimizan
en función del comportamiento del lóbulo lateral de rango, la
resolución y la pérdida de peso.
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