Mesures de spectre large bande pour un radar synthèse d'ouverture

Géométrie d'une mesure SAR en bande

L'ouverture dépend de la vélocité de l'avion (v) et du temps d'intégration SAR (t_int). Après que les impulsions soient intégrées pour le temps t_int, le SAR crée la carte pour la scène actuelle tout en intégrant des impulsions pour la scène suivante le long du trajet de vol.

Équations de résolution SAR

La résolution de portée (ΔR) est calculée avec l'équation :

Avec c étant la vitesse de la lumière, et BW étant la bande passante du chirp LFM utilisé dans la forme d'onde SAR. Une bande passante LFM plus large engendre des résultats dans une résolution de portée plus fine. Une résolution de portée de sous mesure est souvent nécessaire.

La résolution de portée transversale (ΔCR) est fournie par l'équation :

Avec λ étant la longueur d'onde radar, R étant la portée de la scène,et LSynth la longueur de la synthèse d'ouverture ou la vélocité de l'avion (v) minute la durée d'intégration (t_int).

Les systèmes SAR dédiés aux applications et aux bandes

Le SAR est appliqué à la bande UHF jusqu'à la bande X, à la bande W et au-delà. La longueur d'onde du SAR dépend de l'application. La bande X est typiquement utilisée pour l'imagerie SAR haute résolution des terrains urbains, enneigés et glacés. L'absorption atmosphérique est tolérable à la bande X tandis qu'elle est intolérable dans la bande K du fait de l'absorption de l'eau. Des bandes telles que les bandes UHF et S sont adaptées pour la mesure de biomasse et de végétation. La bande L a une bonne pénétration du feuillage pour les mesures géophysiques des villes antiques ou des formations rocheuses sous une couverture forestière [1]. De nouvelles applications passionnantes dans les bandes à ondes millimétriques 94 GHz, 140 GHz, 220 GHz et 235 GHz telles que les radars à synthèse d'ouverture vidéo pour les avions atterrissant au sein d'environnements au visuel dégradé. Ces SAR fonctionnent avec des bandes passantes de formes d'ondes plus larges pour une résolution accrue.

Les SAR les plus récents et toutes les applications radar utilisent de plus en plus des faisceaux actifs à balayage électronique (AESA). Un AESA est généralement un faisceau bi-dimensionnel de modules émetteur / récepteur (TRM). Chaque TRM intègre un circulateur, un amplificateur de puissance, un décaleur de phase et un commutateur. Un formateur de faisceau numérique contrôle électroniquement les TRM et indique à chaque TRM ou sous-faisceau TRM l'amplitude et la phase applicables. Le formateur de faisceau applique également des fonctions de réduction d'ouverture telle qu'une fenêtre de Hanning pour diminuer la largeur de faisceau et les lobes latéraux. Un récepteur / excitateur dérivé d'une référence de phase stable délivre le faisceau. Les retours radar peuvent être comparés en phase avec une référence pour mesurer le décalage Doppler.

Les TRM ont été développés pour toutes les bandes à ondes millimétriques évoquées précédemment, dans divers matériaux tels que le phosphure d'indium (InP), le Nitrure de gallium (GaN), le silicium de germanium (SiGe) et le silicium.

Solution Rohde & Schwarz

Les tests radar au niveau système sont de plus en plus effectués sans fil (OTA), car c'est plus simple que le sondage des TRM avec un analyseur réseau et l'intégration étroite entre l'AESA et le récepteur / excitateur radar. Une configuration de test sans fil typique est illustrée avec un radar au sein d'une chambre de test d'antennes. L'équipement de mesure est une antenne cornet de gain standard connectée à un analyseur de spectre et signaux R&S®FSW.

L'analyseur de spectre et signaux R&S®FSW a la bande passante d'analyse intégrée la plus large pour les mesures SAR sur la majeure partie de la bande W, permettant des mesures de spectre balayé avec une vraie présélection, une réjection d'image et une analyse de signaux vectoriels évolutive, une analyse d'impulsion, ainsi qu'une analyse de transitoires avec une bande passante 4,4 GHz de 12 GHz à 18 GHz et une bande passante de 6,4 GHz ou 8,3 GHz au-delà de 18 GHz.

Utilisez l'application de mesure d'impulsions R&S®FSW-K6 pour mesurer l'amplitude, la largeur d'impulsion, l'intervalle de répétition d'impulsion (PRI), la fréquence et la phase pour des mesures de radar pulsés. Les statistiques pour ces mesures peuvent révéler des instabilités d'impulsion à impulsion comme évoqué dans le guide radar de Mr. Skolnik [2]. L'instabilité de phase d'impulsion à impulsion du bruit de phase est évoquée dans la note d'application Rohde & Schwarz “Pulsed phase noise measurements“ [3].

En plus des statistiques d'impulsion à impulsion, l'option de mesure des lobes latéraux temporels R&S®FSW-K6S est disponible avec le R&S®FSW-K6 pour mesurer les non linéarités de phase au sein d'une impulsion radar, exposant des problèmes dans le faisceau ou plus en amont dans le convertisseur N/A (CNA). Les non linéarités dans les chirps modulés à fréquence linéaire (LFM) peuvent provenir de la non linéarité intégrale (INL) dans le CNA ou de la conversion AM à PM au sein des amplificateurs de puissance, ou encore des commutations PIN dans le TRM. La carte d'application Rohde & Schwarz “Time sidelobe measurements optimize radar system performance” (PD 3607.2626.92) [4] explique ce phénomène.

Enfin, l'application d'analyse des transitoires R&S®FSW-K60 comme expliqué dans la note d'application Rohde & Schwarz "Automated Measurements of 77 GHz FMCW radar signals” [5] peut être utilisée pour analyser les formes d'ondes FMCW à large bande pour le SAR.

Références

[1] Article de Kelsey Herndon, Franz Meyer, Africa Flores, Emil Cherrington et Leah Kucera en collaboration avec le Earth Science Data Systems. Graphiques par Leah Kucera. Publié le 16 avril 2020. “What is Synthetic Aperture Radar?”. NASA Earthdata. Extrait le 15 novembre 2020 de earthdata.nasa.gov/learn/what-is-sar

[2] Skolnik, Merrill I (22 janvier 2008). “Radar Handbook” – 3rd revised edition. New York: McGraw Hill

[3] Gheen, Kay (11 Mai 2016). Note d'application 1EF94 “Pulsed phase noise measurements“. Rohde & Schwarz. www.rohde-schwarz.com/appnote/1EF94

[4] Carte d'application “Time sidelobe measurements optimize radar system performance” (PD 3607.2626.92, Décembre 2020). Rohde & Schwarz. www.rohde-schwarz.com/applications/time-sidelobe-measurementsoptimize-radar-system-performance-application-card_56279-134857.html

[5] Dr. Heuel, Steffen (05 mai 2014). Note d'application 1EF88 “Automated Measurements of 77 GHz FMCW Radar Signals”. Rohde & Schwarz. https://www.rohde-schwarz.com/applications/automated-measurements-of-77-ghz-fmcw-radar-signals-application-note_56280-59841.html