Técnicas de procesado bidimensional de señal para radares de alta resolución basadas en descriptores geométricos y estadísticos

Laburpena

Los radares de alta resolución (HRR) se caracterizan porque los blancos detectados son extensos, esto es, ocupan más de una celda de resolución en distancia. La mayoría de las técnicas tradicionales, de detección y extracción de datos, que se están aplicando a los HRR realizan procesados unidimensionales. Hay técnicas más eficientes pero precisan realizar procesados coherentes (utilizando información de módulo y fase), suelen ser fuertemente dependientes de la aplicación concreta para la que se han desarrollado, y sólo proporcionan buenos resultados bajo unas condiciones muy específicas de funcionamiento. En otros casos se ha llevado a cabo extensiones de las técnicas utilizadas en radares convencionales de vigilancia y están orientadas a resolver problemas muy concretos, pero no están optimizadas para explotar las características que ofrecen los nuevos sensores radar que incorporan los avances de las tecnologías de radiofrecuencia (permitiendo la generación y recepción de señales de anchuras de banda cada vez más elevadas) y de las técnicas de procesado de señal (con capacidad de realizar algoritmos cada vez más complejos en tiempo real). Con el objeto de proporcionar métodos más adecuados y computacionalmente eficientes de detección, localización y clasificación que aprovechen las características bidimensionales de las imágenes ofrecidas por los HRR y que sean viables para su implementación en sistemas con requisitos de operación en tiempo real, se ha desarrollado la presente Tesis Doctoral. Tras una concisa introducción, en la que se ponen de manifiesto tecnologías involucradas, se plantean técnicas, primero, para la detección de blancos, evaluando su comportamiento en entornos de ruido aditivo y de clutter marino comparando los resultados obtenidos con técnicas tradicionales. Posteriormente se aborda el problema de la localización y la determinación precisa de velocidad de los mismos, en el cual se ha efectuado un estudio comparando los resultados ofrecidos por varios algoritmos simples. Y, por último, se exponen una serie de procesos conducentes a extraer características identificativas de los blancos, las cuales posibiliten el desarrollo de nuevas técnicas de clasificación y reconocimiento de blancos. Se ha trabajado con dos tipos de matrices de datos, estas son, distancia-acimut y distancia-doppler, correspondientes a dos modos típicos de operación de los radares de alta resolución: modo exploración y modo seguimiento, respectivamente. Las técnicas desarrolladas se han probado con datos reales provenientes de dos tipos de HRR. El primero de ellos, radar ARIES, es un radar LFMCW (onda continua y frecuencia modulada lineal) marítimo de superficie de alta resolución, desarrollado por Indra Sistemas S. A. en colaboración con el Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones de la Universidad Politécnica de Madrid y el Ministerio de Defensa. El otro es un radar LFMCW de alta resolución en distancia que opera en banda de ondas milimétricas. Este segundo sistema ha sido desarrollado por el Grupo de Microondas y Radar, del Departamento de Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones de la Universidad Politécnica de Madrid; en colaboración con el Grupo de Ingeniería de Comunicaciones de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Los datos capturados con el radar ARIES se han obtenido operando en modo exploración, mientras que los datos obtenidos con el sensor en banda de milimétricas se han capturado en modo seguimiento. Los resultados experimentales obtenidos con ambos tipos de radar avalan la bondad de las técnicas propuestas.