Indicación de objetivo en movimiento

La indicación de objetivo móvil ( MTI ) es un modo de funcionamiento de un radar para discriminar un objetivo entre el ruido . ^[1] Describe una variedad de técnicas utilizadas para encontrar objetos en movimiento, como un avión, y filtrar los que no se mueven, como colinas o árboles. Contrasta con la técnica moderna de indicación de objetivo estacionario (STI), que utiliza detalles de la señal para determinar directamente las propiedades mecánicas de los objetos reflectantes y, por lo tanto, encontrar objetivos ya sea que se muevan o no.

Los primeros sistemas MTI generalmente utilizaban una línea de retardo acústico para almacenar un solo pulso de la señal recibida durante exactamente el tiempo entre transmisiones (la frecuencia de repetición de pulso ). Este pulso almacenado se enviaría a la pantalla junto con el siguiente pulso recibido. El resultado era que la señal de cualquier objeto que no se moviera se mezclaba con la señal almacenada y se silenciaba. Solo las señales que cambiaban, porque se movían, permanecían en la pantalla. Estas estaban sujetas a una amplia variedad de efectos de ruido que las hacían útiles solo para señales fuertes, generalmente para la detección de aeronaves o barcos.

La introducción de transmisores de klistrón con coherencia de fase , en oposición al 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 pulso a pulso, 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 ver los cambios de 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 a través del 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 desplazamiento de frecuencia, extrayendo así directamente los objetivos en movimiento. Esto se volvió común en la década de 1970 y especialmente en la de 1980. Los radares modernos generalmente realizan todas estas técnicas de MTI como parte de un conjunto más amplio de procesamiento de señales que se lleva a cabo mediante procesadores de señales digitales . La MTI puede estar especializada en términos del tipo de interferencia y entorno: MTI aerotransportada ( AMTI ), MTI terrestre ( GMTI ), etc., o puede ser un modo combinado: indicación de objetivo estacionario y móvil ( SMTI ).

El radar MTI utiliza una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) baja para evitar ambigüedades de alcance.

El indicador de objetivo móvil (MTI) comienza con el muestreo de dos pulsos sucesivos. El muestreo comienza inmediatamente después de que finaliza el pulso de transmisión del radar y continúa hasta que comienza el siguiente pulso de transmisión.

El muestreo se repite en la misma ubicación 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 denomina interferencia destructiva .

Si un objeto se mueve en la ubicación correspondiente a ambas muestras, 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 el amplificador de campo cruzado , no son estables en fase. La fase de cada pulso de transmisión es diferente de la de los pulsos de transmisión anteriores y futuros. Este fenómeno se denomina 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 el efecto 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.

${\displaystyle {\text{Doppler}}=180.000^{\circ }/{\text{s}}=720\left({\frac {75\times 10^{9}}{3\times 10^{8}}}\right)=720\left({\frac {{\text{Velocidad}}\times {\text{Frecuencia de transmisión}}}{C}}\right)}$

Si el intervalo de repetición de pulsos es de 0,002  s entre pulsos de transmisión, el proceso MTI producirá una rotación de fase, lo que es lo mismo que ocurre con un objeto estacionario, lo que hace que el sistema no detecte los objetos que viajan a esta velocidad radial.${\estilo de visualización 360^{\circ}}$

La 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 visibilidad del sub-clutter del MTI a una mejora de aproximadamente 25 dB. Esto permite detectar objetos móviles aproximadamente 300 veces más pequeños en proximidad cercana a objetos estacionarios más grandes.

Se requiere el procesamiento de señales de pulso Doppler para lograr una mayor visibilidad del sub-clutter.

Un objetivo viaja a velocidad a un alcance máximo con un ángulo de elevación y acimut con respecto a un radar MTI biestático.$estilo de visualización v_{p}}$${\displaystyle R_{\text{máx.}}}$${\estilo de visualización EL}$${\displaystyle AZ}$

La probabilidad de detectar un objetivo determinado a una distancia determinada en cualquier momento en que el haz del radar lo recorra, Pd, está determinada por factores que incluyen el tamaño de la antena y la cantidad de energía 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 apuntado del radar, la resolución de acimut y la resolución de alcance. Una antena larga o una longitud de onda muy corta pueden proporcionar una buena resolución de acimut. Las antenas cortas tienden a tener un error de acimut mayor, un error que aumenta con la distancia al 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 varios 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 en proximidad 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 específicos o grupos de vehículos, incluso cuando se mueven en tráfico denso o desaparecen por un período debido al rastreo.

El MDV proviene de la dispersión de frecuencia del eco del lóbulo principal. El MDV determina si se detectará el tráfico. Un radar GMTI debe distinguir un objetivo en movimiento del eco del suelo 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 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 acerca a cero, el objetivo caerá en el eco o zona ciega . Esto se calcula como: ^{[ cita requerida ]}

${\displaystyle {\text{MDV}}={\frac {\lambda }{2}}{\frac {4v_{p}}{B}}{\sqrt {\sin ^{2}(AZ)\sin ^{2}(EL)^{2}+\cos ^{2}(AZ)\cos ^{2}(EL)}}}$

No se puede detectar ningún objetivo con una velocidad menor que este mínimo (MDV) porque no hay suficiente desplazamiento Doppler en su eco para separarlo del retorno de eco 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 la apertura. Otros factores que pueden ser relevantes incluyen el espaciado de la cuadrícula, el tamaño del amplificador de potencia, la cuantificación del módulo, la cantidad 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 energía irradiada por la antena y la eficacia de su mecanismo de cancelación de interferencias. La curvatura de la Tierra y la protección que ofrece el terreno, la vegetación 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 del 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 de lograr la continuidad de la trayectoria y contribuyen a aumentar la probabilidad de detección del objetivo al reducir la posibilidad de que se oculte debido a la presencia de árboles, edificios u otros objetos. Una tasa de revisiones rápida resulta fundamental para proporcionar una trayectoria inalterada cuando un objetivo se mueve en medio de tráfico denso o se ve oscurecido temporalmente, aunque sea por árboles a lo largo de una carretera.

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