Indicación de objetivo en movimiento

La indicación de objetivo móvil ( MTI ) es un modo de operación de un radar para discriminar un objetivo entre el ruido . ^{[ 1 ]} Describe diversas técnicas utilizadas para encontrar objetos en movimiento, como una aeronave, y filtrar los objetos estáticos, como colinas o árboles. Se diferencia de 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, estén en movimiento o no.

Los primeros sistemas MTI generalmente utilizaban una línea de retardo acústico para almacenar un único pulso de la señal recibida durante el tiempo exacto entre transmisiones (la frecuencia de repetición de pulsos ). Este pulso almacenado se enviaba a la pantalla junto con el siguiente pulso recibido. Como resultado, la señal de cualquier objeto que no se moviera se mezclaba con la señal almacenada y se silenciaba. Solo las señales que cambiaban, debido a su movimiento, permanecían en la pantalla. Estos sistemas estaban sujetos a una amplia variedad de efectos de ruido, lo que los hacía útiles únicamente para señales fuertes, generalmente para la detección de aeronaves o barcos.

La introducción de transmisores klistrón de fase coherente , en contraposición al magnetrón de cavidad incoherente utilizado en radares anteriores, dio lugar a una nueva técnica MTI. En estos sistemas, la señal no se enviaba directamente a la pantalla, sino que primero se introducía en un detector de fase . Los objetos estacionarios no cambiaban de fase entre pulsos, pero los objetos en movimiento sí. Al almacenar la señal de fase, en lugar de la señal analógica original o el vídeo , y comparar la señal almacenada con la actual para detectar 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 y filtrar distintos tipos de movimiento. ^{[ 1 ]}

Las señales coherentes de fase también permitieron la medición directa de la velocidad mediante el desplazamiento Doppler de una sola señal recibida. Esta puede introducirse 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 hizo común en la década de 1970 y especialmente en la de 1980. Los radares modernos generalmente realizan todas estas técnicas MTI como parte de un conjunto más amplio de procesamiento de señales llevado a cabo por procesadores de señales digitales . El MTI puede especializarse en términos del tipo de interferencia y entorno: MTI aerotransportado ( AMTI ), MTI terrestre ( GMTI ), etc., o puede ser de modo combinado: indicación de objetivos estacionarios y en movimiento ( SMTI ).

El radar MTI utiliza una baja frecuencia de repetición de pulsos (PRF) para evitar ambigüedades en el 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 rota 180 grados y se suma 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 inmóviles, las dos muestras se cancelarán y quedará muy poca señal.

Los dispositivos de microondas de alta potencia, como los amplificadores 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 posteriores. Este fenómeno se denomina fluctuación de fase (jitter ).

Para que MTI funcione, se debe muestrear la fase inicial de ambos pulsos de transmisión y 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 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, entonces el proceso MTI producirá${\displaystyle 360^{\circ }}$rotación de fase. Eso es lo mismo que un objeto estacionario, lo que hace que el sistema sea ciego a los objetos que viajan a esta velocidad radial .

La técnica 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 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 de la señal MTI a una mejora de aproximadamente 25  dB. Esto permite detectar objetos en movimiento unas 300 veces más pequeños cerca de objetos estacionarios de mayor tamaño.

El procesamiento de señales Doppler pulsadas es necesario para lograr una mayor visibilidad de los elementos que generan interferencias.

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

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