L’utilizzo di una forma d’onda chirp 1 cioè modulata linearmente in frequenza, e la tecnica SAR (Synthetic Aperture Radar: Radar ad apertura sintetica) sono due metodi usati nell’ambito Radar per migliorare la risoluzione: il chirp, o più in generale la compressione di impulso, è utile per aumentare la risoluzione in distanza, mentre il SAR aumenta la risoluzione in angolo.
Le due tecniche sono indipendenti, anche se di solito i radar SAR utilizzano la compressione di impulso.
Entrambe queste tecniche sfruttano la coerenza dei segnali, cioè il fatto di avere un riferimento temporale stabile tra la trasmissione e la ricezione di ogni impulso e anche tra un impulso e l’altro. In questo modo, anche un piccolo ritardo o sfasamento dovuto ad una variazione di frequenza doppler, può essere misurato e compensato.
Compressione di impulso.
Il funzionamento di un radar è basato sulla trasmissione di un segnale e sulla misura del ritardo che impiega per ritornare dopo essere stato riflesso da un oggetto (bersaglio), tale ritardo diviso per due e moltiplicato per la velocità della luce dà una stima della distanza dell’oggetto.
La risoluzione, cioè la capacità di discriminare due oggetti ad una certa distanza tra loro, è legata alla durata dell’impulso trasmesso, se viene utilizzato un impulso non modulato. Viceversa, se si utilizzano particolari modulazioni, come ad esempio la modulazione lineare di frequenza è possibile, tramite opportune elaborazioni del segnale, ottenere risoluzioni migliori. La risoluzione dipende infatti dalla banda (B) del segnale e non dalla sua durata, ed è pari circa ad 1/B.
Questa tecnica permette quindi di utilizzare degli impulsi lunghi, modulati con una banda larga, ed avere una risoluzione molto buona. L’utilizzo di impulsi lunghi comporta vantaggi nella trasmissione perché è possibile limitare la potenza di picco per ottenere la stessa portata di un radar con impulsi più corti.
Il processamento dell’impulso per ottenere la compressione è detta filtraggio adattato, e corrisponde alla autocorrelazione del segnale. Nel caso di un chirp il risultato è, come afferma il lettore, di tipo sinc, cioè con un picco stretto centrale e tanti lobi laterali di ampiezza molto minore; il picco stretto permette di vedere separate le riflessioni di bersagli molto vicini tra loro in distanza.
Nella pagina Wikipedia sulla compressione di impulso è ben rappresentato il confronto tra la risoluzione di un impulso non modulato ed uno modulato con il chirp.
Radar ad apertura sintetica.
La tecnica SAR sfrutta il movimento del radar per migliorare la risoluzione angolare. Il movimento induce una frequenza doppler sui segnali riflessi dai bersagli; questa modulazione doppler deve essere compensata con una operazione successiva alla rivelazione di un certo numero di impulsi e questo permette di avere l’equivalente di un’antenna molto più lunga di quella reale (tra un impulso e il successivo infatti il radar si sposta), per questo si chiama apertura sintetica. Una antenna molto lunga produce un fascio molto stretto, e quindi una migliore risoluzione angolare.
Questa è la sequenza dei principali passi di funzionamento, come richiesto nella domanda:
– viene trasmesso un impulso (con o senza modulazione chirp)
– dopo la riflessione l’impulso viene ricevuto e rivelato: ogni impulso fornisce un numero complesso (ampiezza e fase), questo segnale è la risultante di tutti i bersagli presenti nell’area illuminata dal fascio dell’antenna reale
– gli impulsi ricevuti e rivelati vengono memorizzati
– successivamente vengono corretti N impulsi alla volta con il profilo di fase dovuto alla variazione doppler (SAR focalizzato), la sola trasformazione di Fourier cui fa riferimento il lettore permette una elaborazione approssimata (SAR non focalizzato). La frequenza doppler dipende dalla velocità radiale (VR) che varia con l’angolo di vista (θ). In figura è indicata con le frecce rosse la velocità radiale per varie zone dell’area del fascio reale. V è la velocità del RADAR rispetto al terreno.
– la somma vettoriale di un gruppo di impulsi corretti dà il contributo dei bersagli presenti nella zona centrale, perché questi si sommano in fase (interferenza costruttiva) mentre gli altri si annullano o quasi perché hanno fasi casuali (interferenza distruttiva).
1. La parola Chirp in inglese significa verso di uccello. È noto che i pipistrelli, che hanno una vista molto debole, emettono dei segnali modulati per localizzare gli ostacoli e le prede come un SONAR