Mapas de retraso-Doppler en ciencia espacial

El término DDM se usa principalmente en el ámbito de la reflectometría GNSS (GNSS-R), pero es conceptualmente equivalente a la función de ambigüedad del radar . De hecho, un sistema GNSS-R puede entenderse como un radar biestático, es decir, una configuración en la que el transmisor (el satélite GPS/Galileo/GLONASS/Beidou) y el receptor (que recibe la señal reflejada) son diferentes. vehículos

La dispersión biestática tiene sus propias complejidades, pero un instrumento GNSS-R puede funcionar como un altímetro de radar, un dispersómetro o incluso como un radar SAR [1]. La gente a menudo se confunde con el concepto GNSS-R, pero esencialmente la idea detrás de GNSS-R es usar las señales reflejadas de GNSS como "señales de oportunidad". No está relacionado con los propósitos originales de navegación/ubicación del GNSS. De hecho, en GNSS-R, los mensajes de navegación no se demodulan, excepto quizás, para eliminar los saltos de fase debidos a las transiciones de bits de datos.

El término DDM proviene del hecho de que las reflexiones se mapean en un plano Doppler de retardo. Las reflexiones sobre diferentes áreas pero a la misma distancia del receptor y con el mismo desplazamiento Doppler, se mapean en el mismo "píxel" en el DDM. Es por esto que en radar esta función se llama función de ambigüedad, ya que en principio no es posible ubicar la reflexión en el dominio espacial, excepto la reflexión especular. Aunque existen métodos para resolver o reducir esta ambigüedad.

Imagen de la tesis doctoral, Alejandro Egido, Reflectometría GNSS para aplicaciones de teledetección terrestre, julio de 2013, DOI: 10.13140/RG.2.1.2078.7049

[1] VU Zavorotny, S. Gleason, E. Cardellach y A. Camps, "Tutorial sobre detección remota usando el radar bistático de oportunidad GNSS", Revista de geociencia y detección remota, IEEE, vol. 2, núm. 4, págs. 8–45, diciembre de 2014 https://ieeexplore.ieee.org/document/6985926

El DDM mide tanto el retraso que tarda una señal reflejada en volver a usted como el cambio Doppler (frecuencia) de esa señal.

En su figura más a la izquierda, lo que está viendo es una imagen de cómo una señal de GPS se refleja en el océano. El punto rojo brillante es el punto de "máxima reflexión especular", es decir, el punto directamente debajo de la nave espacial que también resulta ser el más reflectante.

A medida que las olas del océano hacen que el océano sea más... ondulado... el reflejo se vuelve cada vez menos especular. La velocidad del viento también tiene algo que ver, entre otros efectos que cambian tanto la frecuencia como la cantidad de señal reflejada y en qué direcciones.

Dado que sabemos cómo se propaga la señal (a través de una atmósfera o a través del espacio), conocemos los parámetros orbitales y las potencias de transmisión/propiedades de la antena receptora de los satélites que generan/reciben, podemos crear un modelo teórico de cómo debería reflejarse la superficie, dada la incógnitas como la velocidad del viento, la altura de las olas, etc. (en los asteroides, serían cosas como el albedo y la rugosidad de la superficie). Entonces, uno puede, a través de MUCHO procesamiento de señales, encontrar aquellos parámetros desconocidos que mejor se ajusten a los datos reales reflejados. Esto se puede usar para inferir la rugosidad de la superficie (y realmente cualquier otra cosa, como la velocidad del viento, para la que tenga un modelo).