¿Por qué ExoMars necesita "ojos" de radar de penetración terrestre estéreo?

En el artículo de BBC News , el rover europeo en Marte toma forma , hay un breve video que describe el modelo estructural y térmico (STM) del rover ExoMars .

Después de describir la caja de perforación, el narrador del video dice (transcripción aproximada):

Pero debido a que tiene un taladro, también debemos ver dónde vamos a perforar y para hacer eso, tenemos un radar de penetración en el suelo.

Así que este es nuestro soporte de radar de penetración terrestre. Hay dos de ellos para que puedas ver en estéreo como si tuvieras dos ojos, obtienes la percepción de profundidad .

Y con eso podemos mirar la estructura de la roca, por ejemplo, en el suelo y ver dónde habría un punto científicamente válido para hacer esa perforación, donde hay una fisura entre dos costuras diferentes de rocas donde podría haber una forma de vida. protegido de la fuerte radiación en la superficie podría seguir prosperando hoy. (énfasis añadido)

Tenemos dos ojos porque un ojo tiene muy poca capacidad para detectar la profundidad, aunque existen dispositivos de imágenes ópticas que pueden recuperar información de profundidad, como la tecnología de "campo de luz" de Lytro , y, lo que es más interesante , los chips generadores de imágenes de detección de profundidad REAL3™ que en realidad miden el fotón . tiempo de vuelo por píxel.

Pero el radar, o RAdio Detection And Ranging , ciertamente es sensible al alcance y el radar de penetración terrestre proporcionará intensidades reflejadas a cada profundidad.

Entonces, ¿por qué son necesarios o importantes dos "ojos" de radar de penetración terrestre para el ExoMars Rover?

También te puede interesar saber que ExoMars 2020 tiene bastante autonomía. Tiene un horario de 6 días planificado por el terreno. Pero a medida que ejecuta ese programa de navegación, sus cámaras estéreo visibles buscan rocas de interés (utilizando una red neuronal a bordo entrenada en la Tierra). Si una roca parece interesante, volverá a planificar su cronograma para poder navegar hacia ese grupo de rocas, hacer un análisis no interactivo y decidir si la roca puede requerir un análisis adicional por parte de los científicos. ¡Cosas bastante geniales!
@ChrisR Sí, eso es bastante interesante, ¡gracias por el aviso!

Respuestas (1)

Una sola antena de radar básica no puede decirte mucho. La configuración de radar más básica implica una antena de envío y recepción fija y algunos programas y controladores. El radar moderno luego usa un aumento de frecuencia o pulso "triangular" que envía desde la antena tx (por ejemplo, barre de 24 a 25 GHz en un corto tiempo). Luego, analizas la señal que regresa. El tiempo de vuelo puede brindarle información sobre el alcance de los objetos y la amplitud o la intensidad de la señal le indica qué tan reflectante es el objeto para el radar. Luego, puede analizar el desplazamiento Doppler y saber si el objeto se está acercando o alejando de usted. El problema es que, si solo está utilizando un dispositivo de radar (par tx/rx), solo obtiene datos bidimensionales. El rover puede decir que está sobre una bolsa de hielo, pero no puede decirle si la bolsa de hielo se vuelve más gruesa hacia la izquierda o hacia la derecha.

Esencialmente, con un radar, el rover generaría un eje de datos que se extiende desde el radar hacia abajo. A medida que el rover avanza, arrastra este eje a través de la superficie de Marte y genera un plano 2d de datos de superficie perpendicular al suelo. Al tener dos radares perpendiculares a la dirección de conducción, el móvil estático crea un "plano de datos" (que coincide con los dos ejes del radar único). Cuando el rover avanza ahora, "arrastra" el plano perpendicular a través del suelo y, por lo tanto, genera un mapa 3D del suelo. Ver disposición de unidades de radar aquí:

Prototipo de radar Exomars

He hecho algunas animaciones para explicar de lo que estoy hablando:

Radar de haz estrecho simple

En esta animación, un radar de haz estrecho apunta hacia abajo y detecta un objeto. El rover no sabe en qué parte del área de "posible ubicación del objeto" se encuentra el objeto, pero dado que el ángulo del radar es tan pequeño, puede suponer que se encuentra dentro de un área pequeña.

Radar de haz ancho simple

Aquí, el rover está usando un haz amplio para cubrir una gran cantidad de área subterránea. Puede detectar que hay un objeto y puede decir qué tan lejos está el objeto del radar, pero no puede decir el ángulo del objeto en relación con el radar.

Radar de doble haz ancho

Aquí, el rover utiliza dos haces anchos y, dado que conoce la distancia a la que se encuentra el objeto de cada radar y la distancia entre las unidades de radar, un poco de trigonometría puede encontrar exactamente dónde se encuentra el objeto bajo tierra. Al conducir hacia adelante mientras se realizan estos escaneos, se puede generar una imagen 3D del suelo.

Nota: Esta es una gran simplificación.

¡Gracias por tu respuesta! Creo que el plano del que hablas es vertical, y los puntos normales del plano en la dirección en que se mueve el rover. Pero no entiendo cómo, con " dos radares perpendiculares a la dirección de conducción, el móvil estático crea un "plano de datos" (que coincide con los dos ejes del radar único). "Si es difícil de explicar, ¿puede al menos encontrar una fuente que explique cómo se crea el "plano de datos"?
@uhoh He agregado algunas animaciones que deberían dejarlo más claro :)
Bien, esto no es percepción de profundidad como se explica en el video de la BBC, esto es triangulación . Pensé que cada receptor podría estar captando señales reflejadas de ambos transmisores y estaba haciendo un procesamiento de señal elegante, pero lo que está describiendo aquí es primero identificar características (picos) y luego para cada uno solo mirar el delta de tiempo entre la izquierda espectro de tiempo y el espectro de tiempo correcto y luego triangulando para cada característica.
Al menos así lo entiendo yo. También encontré más detalles aquí: "Para cada sondeo, una sucesión de N pulsos armónicos de duración τ que barren el ancho de banda de frecuencia del instrumento B se transmiten a través de la superficie y se reflejan mediante cambios en la permitividad en el subsuelo. Una transformada inversa de Fourier (IFT) luego se realiza en los datos para recuperar la respuesta de impulso en el dominio del tiempo de los ecos de la superficie y del subsuelo". De liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2016.1532 también, dado que se usan antenas Vivaldi estándar, no parece demasiado elegante
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