Radar de imágenes

El radar de imágenes es una aplicación del radar que se utiliza para crear imágenes bidimensionales , normalmente de paisajes. El radar de imágenes proporciona su luz para iluminar un área del suelo y tomar una fotografía en longitudes de onda de radio. Utiliza una antena y un almacenamiento informático digital para registrar sus imágenes. En una imagen de radar, solo se puede ver la energía que se reflejó 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 de la imagen de radar representa la retrodispersión de radar para esa área en el terreno ( retorno del terreno ): las áreas más brillantes representan una alta retrodispersión, las áreas más oscuras representan una baja retrodispersión. ^[1]

La aplicación tradicional del radar es mostrar la posición y el movimiento de objetos típicamente muy reflectantes (como aviones o barcos ) enviando una señal de ondas de radio y luego detectando la dirección y el retraso de la señal reflejada. El radar de imágenes, por otro lado, 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 una reflectividad más alta se les asigna generalmente un color más brillante, creando así una imagen.

Se han desarrollado varias técnicas para lograr este objetivo. Generalmente, se aprovecha 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 (normalmente, un avión) que vuela sobre la Tierra. Gracias a las recientes mejoras de las técnicas, la obtención de imágenes por radar es cada vez más precisa. El radar de imágenes se ha utilizado para cartografiar 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 la emisión de ondas de radio, la recepción de su reflexión y el uso de esta información para generar datos. En el caso de un radar de imágenes, las ondas de retorno se utilizan para crear una imagen. Cuando las ondas de radio se reflejan en los objetos, esto produce algunos cambios en las ondas de radio y puede proporcionar datos sobre los objetos, incluida la distancia recorrida por las ondas y el tipo de objetos con los que se encontraron. Con los datos adquiridos, una computadora puede crear una imagen 3D o 2D del objetivo. ^[2]

El radar de imágenes tiene varias ventajas. ^[3] Puede funcionar en presencia de obstáculos que oculten el objetivo y puede penetrar el suelo (arena), el agua o las paredes. ^{[4] [5]}

Las aplicaciones incluyen: topografía de superficie y cambio costero; monitoreo del uso de la tierra, monitoreo agrícola, patrullaje de hielo, monitoreo ambiental ; monitoreo de tormentas por radar meteorológico, advertencia de cizalladura del viento; tomografía de microondas médica; ^[5] imágenes de radar a través de paredes; ^[6] mediciones en 3-D, ^[7] etc.

La estimación de los parámetros de las paredes se realiza mediante sistemas de radar de banda ultra ancha. El radar UWB de secuencia M con antenas circulares y de bocina se utilizó para recopilar datos y respaldar el método de escaneo. ^[6]

Las mediciones en 3D se obtienen mediante radares láser modulados en amplitud (sensor Erim y sensor Perceptron). En términos de velocidad y confiabilidad para operaciones de rango medio, las mediciones en 3D tienen un rendimiento superior. ^[7]

Las técnicas actuales de obtención de imágenes por radar se basan principalmente en imágenes por radar de apertura sintética (SAR) y por radar de apertura sintética inversa (ISAR). La tecnología emergente utiliza imágenes tridimensionales por radar monopulso .

El radar de apertura real ( RAR ) es una forma de radar que transmite un haz de ángulo estrecho de ondas de radio pulsadas en la dirección de alcance en ángulo recto con la dirección de vuelo y recibe la retrodispersión de los objetivos que se transformará en una imagen de radar a partir de las señales recibidas.

Normalmente, el pulso reflejado se organizará en el orden del tiempo de retorno desde los objetivos, que corresponde a la dirección del rango de escaneo.

La resolución en la dirección del alcance depende del ancho del pulso. La resolución en la dirección del acimut es idéntica a la multiplicación del ancho del haz por la distancia al objetivo. ^[8]

El radar AVTIS es un radar de imágenes 3D de apertura real de 94 GHz. Utiliza modulación de onda continua modulada en frecuencia y emplea un radar monoestático escaneado mecánicamente con una resolución de rango submétrico. ^[9]

El radar láser es una tecnología de teledetección que mide la distancia iluminando un objetivo con un láser y analizando la luz reflejada. ^[10]

El radar láser se utiliza para la obtención de imágenes multidimensionales y la recopilación de 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]

La obtención de imágenes en 3D requiere la capacidad de medir el alcance de la primera dispersión dentro de cada píxel. Por lo tanto, se necesita una matriz de contadores de alcance. Se está desarrollando un enfoque monolítico para una matriz de contadores de alcance. Esta tecnología debe combinarse con detectores de alta sensibilidad de longitudes de onda seguras para la vista. ^[11]

Para medir la información Doppler se requiere un tipo de esquema de detección diferente al que se utiliza para la obtención de imágenes espaciales. La energía láser devuelta debe mezclarse con un oscilador local en un sistema heterodino para permitir la extracción del efecto Doppler. ^[11]

El radar de apertura sintética (SAR) es un tipo 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 la señal coherente a largo plazo. Esto se puede utilizar para obtener una mayor resolución.

Los radares SAR producen una imagen bidimensional (2-D). Una dimensión de la imagen se denomina 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 se determina por el ancho del pulso transmitido. La otra dimensión se denomina acimut y es perpendicular al alcance. La capacidad del radar SAR para producir una resolución de acimut relativamente fina lo hace diferente de otros radares. Para obtener una resolución de acimut fina, se necesita una antena físicamente grande para enfocar la energía transmitida y recibida en un haz nítido. La nitidez del haz define la resolución de acimut. Un radar aerotransportado podría recopilar datos mientras vuela a esta distancia y procesarlos como si vinieran de una antena físicamente larga. La distancia que vuela la aeronave 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 bidimensionales y tridimensionales de alta resolución.

Un sistema ISAR consta de una antena de radar fija y una escena objetivo que experimenta cierto movimiento. El sistema ISAR es teóricamente equivalente al sistema SAR en el sentido de que se logra una alta resolución azimutal mediante el movimiento relativo entre el sensor y el objeto, aunque la escena objetivo móvil del sistema ISAR suele estar formada por objetos que no cooperan.

Para la obtención de imágenes ISAR se necesitan algoritmos con esquemas más complejos para la corrección de errores de movimiento que los que se necesitan en 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 buques o aeronaves y pueden proporcionar una imagen de radar de calidad suficiente para el reconocimiento del objetivo. La imagen ISAR suele ser adecuada para discriminar entre varios misiles, aeronaves militares y aeronaves civiles. ^[13]

1. Las imágenes ISAR no pueden obtener el acimut real del objetivo.
2. A veces existe una imagen inversa. Por ejemplo, la imagen que se forma de un barco cuando se balancea hacia adelante y hacia atrás en el océano. ^{[ Aclaración necesaria ]}
3. La imagen ISAR es la imagen de proyección 2D del objetivo en el plano de alcance-Doppler que es perpendicular al eje de rotación. Cuando el plano de alcance-Doppler y el plano de coordenadas son diferentes, la imagen ISAR no puede reflejar la forma real del objetivo. Por lo tanto, la obtención de imágenes ISAR no puede obtener la información de la forma real del objetivo en la mayoría de las situaciones. ^[13]

El balanceo es de lado a lado. El cabeceo es hacia adelante y hacia atrás. La guiñada es girar hacia la izquierda o hacia la derecha.

La técnica de obtención de imágenes tridimensionales con radar monopulso utiliza imágenes de alcance unidimensionales y mediciones angulares monopulso para obtener las coordenadas reales de cada dispersor. Con esta técnica, la imagen no varía con el cambio de movimiento del objetivo. La obtención de imágenes tridimensionales con radar monopulso utiliza las técnicas ISAR para separar los dispersores en el dominio Doppler y realizar mediciones angulares monopulso.

Las imágenes 3D del radar monopulso pueden obtener tres 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 acimut-elevación, acimut-alcance y elevación-alcance, respectivamente.

Las imágenes monopulso generalmente se adaptan a objetivos de corto alcance, y la imagen obtenida mediante imágenes tridimensionales con radar monopulso es la imagen física que es consistente con el tamaño real del objeto. ^[14]

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El radar de imágenes 4D aprovecha una red de antenas de entrada múltiple y salida múltiple (MiMo) para la detección, el mapeo y el seguimiento de alta resolución de múltiples objetivos estáticos y dinámicos simultáneamente. Combina imágenes 3D con análisis Doppler para crear la 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 fiabilidad hacen que el radar de imágenes 4D sea ideal para hogares inteligentes, automóviles, comercios minoristas, seguridad, atención médica y muchos otros entornos. La tecnología es valorada por combinar todos los beneficios de las tecnologías de cámara, LIDAR, termografía y ultrasonidos, con beneficios adicionales:

• Resolución : el gran conjunto de antenas MiMo permite la detección y el seguimiento precisos de múltiples objetivos estáticos y dinámicos simultáneamente.
• Rentabilidad : un radar de imágenes 4D cuesta aproximadamente lo mismo que un sensor de radar 2D, pero con un inmenso valor añadido: datos más completos, mayor precisión y más funcionalidad, a la vez que ofrece un equilibrio óptimo entre precio y rendimiento.
• Robustez y privacidad : no se utilizan ópticas, por lo que esta tecnología es robusta en todas las condiciones climáticas y de iluminación. El radar de imágenes 4D no requiere línea de visión con los objetivos, lo que permite su funcionamiento en la oscuridad, con humo, vapor, resplandor y condiciones climáticas adversas. También garantiza la privacidad ^{[ dudoso – discutir ]} y una vigilancia discreta por diseño, una preocupación cada vez más importante en todas las industrias.

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