¿Cómo (diablos) se implementó el radar de apertura sintética coherente (SAR) usando emulsión fotográfica a bordo del Apolo 17?

El CSAR (radar de apertura sintética coherente) no utilizaba frecuencias muy altas y longitudes de onda cortas como 3 GHz (0,1 m) o 30 GHz (0,01 m), lo que permitía antenas direccionales de haz estrecho pequeñas.

Se utilizaron frecuencias muy bajas de 5, 15 y 150 MHz y longitudes de onda de 60, 20 y 2 m. Estas bajas frecuencias fueron seleccionadas para tomar imágenes no solo de la superficie lunar sino también del suelo debajo hasta una profundidad máxima de exploración de aproximadamente 1 km .

No era posible utilizar una antena de varias longitudes de onda. Entonces, supongo que se usó una "apertura sintética" para la formación del haz usando dos antenas pequeñas mucho más cortas que la longitud de onda.

Las dos apariciones de la palabra sintético en el Informe resumido del programa Apolo no explican el SAR.

Pero en el enlace encontrado por uhoh hay información faltante sobre el procesamiento de SAR óptico:

La Instalación de Procesador Óptico de Precisión de ERIM y las técnicas utilizadas para procesar los datos de la sonda se han desarrollado durante las últimas dos décadas para su uso con datos de radar de apertura sintética (SAR). Estas técnicas han sido ampliamente reportadas en la literatura [Refs. 4-8).

El procesador óptico coherente es una computadora analógica que realiza operaciones de transformación integral lineal en los datos según se requiera al procesar datos SAR. La sonda, como cualquier otro SAR, requiere que se realicen dos operaciones independientes con los datos, una para comprimir los pulsos de rango codificados (o chirridos) y la otra para comprimir los registros de datos de apertura sintética a lo largo de la pista. Estas dos operaciones independientes se reducen a una única operación bidimensional en el sistema de coordenadas ortogonales de un procesador óptico coherente.

Entonces, el procesamiento SAR no se hizo digital, se hizo óptico y analógico utilizando el registro en película.

PROCESADOR ÓPTICO DE SONDA

En la Figura 2 se presenta un diagrama simplificado de un procesador óptico SAR típico. La película de datos de entrada se coloca en el plano P 1 y se ilumina con un haz de luz coherente derivado de una fuente láser. La película de datos se sumerge en una "puerta líquida" para minimizar los efectos de las variaciones aleatorias del grosor de la película en el haz de luz coherente. Los datos, grabados en película en formato de densidad variable, modulan la intensidad del haz de luz para que se forme una imagen de radar astigmática de la superficie lunar; el enfoque de acimut se produce en algún plano PA' ignorando los efectos del plano inclinado, mientras que el enfoque de distancia se produce en algún plano PR. El par de lentes esféricas (S1, s2) funciona como un telescopio de aumento unitario en la dimensión de alcance y transfiere el plano de imagen de alcance al plano de salida P0. Los pares de lentes esféricas y cilíndricas (S1, c1; s2,

La lente esférica (S1) produce una visualización de la transformada de Fourier bidimensional de los datos de entrada en su plano focal trasero P1. En este plano espacial pueden llevarse a cabo varias funciones de filtrado de frecuencia. Las aperturas limitadoras simples colocadas aquí actúan como filtros de paso de banda de corte nítido. Tales aperturas se utilizan para eliminar tanto el ruido fuera de la banda de datos como la imagen de datos conjugados que forma un fondo desenfocado en el plano de la imagen; las aperturas también se utilizan para restringir el azimut procesado o el ancho de banda Doppler. Pueden colocarse filtros de ponderación en este plano de frecuencia para reducir los niveles de los lóbulos laterales del rango. Estos filtros son simples máscaras de modulación de intensidad.

Pero, ¿cómo podrían almacenar una información de fase analógica en una película? Si la película resuelve 100 líneas por mm, se necesitaría una velocidad de película de 50 m/s para almacenar una señal de 5 MHz.

Pero los pulsos de radar modulados por FM (por una señal de chirrido ) tenían un período de repetición de 2.520 microsegundos, solo alrededor de 400 pulsos por segundo. Entonces, la velocidad mínima de la película fue de solo 4 mm por segundo para almacenar los 400 pulsos como líneas distintas.

La propiedad de FM lineal tanto de la señal como de la firma Doppler de los objetivos puntuales puede verse como una rejilla de difracción que varía linealmente.

La información de fase para el procesamiento SAR analógico óptico fue proporcionada por esta rejilla de difracción.

El radar de apertura sintética no implica interferometría. Como tal, no está relacionado con las técnicas de síntesis de apertura en radioastronomía. (La pregunta menciona la interferometría y quizás esto debería corregirse)

La patente original de Wiley para SAR está aquí: https://patents.google.com/patent/US3196436A/en

Un aspecto de la invención se describe como sigue:

"un radar de tipo Doppler pulsado que tiene en una forma de la invención una antena sin haz, y con reflejos del terreno separados en grupos que difieren entre sí por cambios de frecuencia debido al efecto Doppler, los reflejos en cada grupo están separados en el tiempo, y los varios grupos y los reflejos separados por tiempo en cada grupo se reproducen visualmente".

En otras palabras, cada pulso reflejado recibido por la antena contiene información tanto de rango (retardo) como de desplazamiento doppler. El aparato de procesamiento necesita combinar estos dos valores para determinar la intensidad de un reflector en un rango y azimut particular. El retraso y el desplazamiento doppler varían continuamente, por lo que no se trata de decodificar ecos discretos.

Este documento https://ieeexplore.ieee.org/document/1455230 incluye la siguiente figura que muestra el procesamiento óptico analógico de datos SAR en una película.

La óptica ilustrada realiza la conversión en una imagen. No estoy seguro de cómo funciona exactamente el sistema, pero un reflector puntual producirá una raya lineal curva en la película de datos, por lo que el trabajo de la óptica es enfocar eso en un punto en la película de salida.