Radar de Abertura Sintética (SAR): uma breve apresentação sobre o funcionamento e capacidades

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1 1 Radar de Abertura Sintética (SAR): uma breve apresentação sobre o funcionamento e capacidades Cap Diogo EMILIÃO Pinto Bacharel em Ciências Militares AMAN/2002 Pós-graduado em Artilharia de Costa e Antiaérea EsACosAAe/2006 RESUMO O Radar de Abertura Sintética (SAR) surge como ferramenta fundamental nos levantamentos de inteligência dos cenários atuais. Este artigo se propõe a apresentar de forma simplificada os princípios de funcionamento do SAR, assim como suas principais capacidades no campo militar. Tem por objetivo também, divulgar tão importante tecnologia pouco conhecida no âmbito do Exército Brasileiro. Palavras-chave: SAR, Sensoriamento Remoto, Inteligência 1. INTRODUÇÃO Desde a Antiguidade, a busca por informações sobre o inimigo foi considerada uma forma de se obter vantagem tática e estratégica no campo de batalha [1]. Sun Tzu já dizia que se conhecemos o inimigo e a nós mesmos, não precisamos temer o resultado de uma centena de combates. Numa assertiva mais atual, diz-se que o conhecimento é poder. Durante o século XX, mais especificamente no pós 2ª Guerra Mundial, diversas inovações tecnológicas surgiram para revolucionar a arte da guerra. Áreas como aviação, armamento, comunicações, entre outras, tiveram consideráveis evoluções desde o fim dos anos 50. Carreada pela tecnologia, a Inteligência de Combate também teve sua grande mudança: o surgimento do ramo chamado Sensoriamento Remoto. Por definição, Sensoriamento Remoto é o conjunto de técnicas, baseadas em instrumentos, empregadas na aquisição de dados e informações do mundo físico a partir da detecção e medição de sinais compostos de radiação, partículas e campos emanados de objetos localizados na vizinhança imediata de um sensor [2].

2 2 Os sensores são divididos em duas classes: passivos e ativos. Os sensores passivos são aqueles que recebem energia irradiada partindo de uma fonte externa, como o Sol, por exemplo. Por sua vez, os sensores ativos são aqueles que geram energia e a irradiam para o meio externo, captando e medindo posteriormente uma fração do sinal emanado. O Radar é um exemplo de sensor ativo. Este artigo trata particularmente do dispositivo de sensoriamento remoto ativo chamado Radar de Abertura Sintética (SAR Syntetic Aperture Radar), que apesar de ser um Radar, não tem como produto final uma simples detecção em tela, mas sim a geração de uma imagem, que dependendo da resolução, pode fornecer com alto grau de detalhamento o terreno em posse do inimigo e até mesmo os meios que possui. Também é intuito deste texto dar maior divulgação ao referido tema, haja vista que não é comum a veiculação de informações sobre o Radar de Abertura Sintética no âmbito do Exército Brasileiro. 2. HISTÓRICO No início do século XIX, com a produção das primeiras fotografias, surge concomitantemente o sensoriamento remoto como tecnologia. Em 1860, são tiradas as primeiras fotografias aéreas, com registros feitos a partir de balões. Décadas mais tarde, em 1889, abordagens alternativas aparecem, como a instalação de câmeras em pipas, com o acionamento feito por dispositivos remotos. A partir da 1ª Guerra Mundial, o avião consolida-se como principal plataforma para realização de fotografias aéreas. Instaladas nas aeronaves ou, de forma mais comum, portada pelos pilotos, as câmeras provinham visões aéreas de grandes extensões de terra, possuindo valor incalculável para o reconhecimento militar. Por mais de 150 anos, a câmera fotográfica serviu como o sensor primário para sensoriamento remoto. Com a explosão da 2ª Guerra Mundial em 1939, uma severa corrida armamentista impulsiona a evolução tecnológica do mundo. Como produto dessa inovação, tem-se o desenvolvimento de novos tipos de sensores, dentre eles o Radar.

3 3 O Radar SAR teve sua concepção original descrita primeiramente por Carl Wiley, da Goodyear, em Entretanto, foi o Dr. L. J. Cutrona, da Universidade de Michigan, que obteve os primeiros resultados satisfatórios em imageamento SAR [3]. Desde então, a tecnologia do Radar de Abertura Sintética vem sofrendo constantes aprimoramentos. 3. O FUNCIONAMENTO DO RADAR SAR Uma análise aprofundada da teoria que envolve a operação do Radar SAR seria muito complexa e iria além do foco deste trabalho. Portanto, este artigo tem a intenção de apresentar como o Radar de Abertura Sintética funciona de forma bastante simplificada. O SAR é um radar de visada lateral que transmite pulsos de microondas transversalmente à sua trajetória, isto é, sua antena é disposta ao longo da fuselagem de uma aeronave voltada para um dos lados, inclinada para a superfície, produzindo um feixe que produz imagens transversalmente à linha de voo, enquanto o movimento da aeronave produz a cobertura longitudinal [4]. Tipicamente, o SAR produz imagens em duas dimensões (2-D). Uma dimensão da imagem é chamada de alcance (ou cross track) e é a medida da distância em linha reta do radar para o alvo. A medição e a resolução em alcance são alcançadas no radar de abertura sintética da mesma maneira que na maioria dos outros radares: o alcance é determinado pela medição precisa do tempo entre a transmissão de um pulso e o recebimento do eco do alvo e, nos SAR mais simplificados, a resolução em alcance é determinada pela largura de pulso, isto é, pulsos estreitos produzem boas resoluções em alcance. A outra dimensão é chamada de azimute (ou along track) e é perpendicular ao alcance. A habilidade do SAR em produzir uma ótima resolução em azimute destaca-o de outros radares. Para obter tal resolução em azimute, seria necessária uma grande antena física para focalizar a energia transmitida e recebida em um feixe estreito. Quanto mais estreito for o feixe, maior será a resolução em azimute. Similarmente, sistemas óticos, como telescópios, requerem grandes aberturas (espelhos e lentes, os quais são análogos à antena do radar) para obterem imagens com altas resoluções. Tendo o SAR frequências muito mais baixas que sistemas

4 4 óticos, até mesmo radares SAR de resolução moderada, necessitariam de antenas fisicamente maiores, com centenas de metros, o que seria impraticável o transporte por plataformas aéreas. Entretanto, uma plataforma aérea pode coletar dados enquanto voa e então processá-los como se estes viessem de uma grande antena física. A distância em que a aeronave voa simulando a antena física é conhecida como abertura sintética. Uma largura de feixe sintético estreita resulta de uma grande abertura sintética, o que produz uma resolução mais alta do que é possível por uma antena física real. ALCANCE AZIMUTE DOPPLER LARGURA DE PULSO Fig. 1. Conceito do Imageamento SAR A obtenção de uma alta resolução em azimute também pode ser explicada através do processamento da frequência doppler. A frequência doppler é gerada pelo movimento da antena em relação ao alvo, a partir da compensação coerente de cada eco, pela sua fase respectiva em razão da distância antena-alvo. Como a resolução é aproximadamente a razão entre o comprimento de onda (λ), pela distância percorrida pelo SAR enquanto o objeto estava no campo de visada (S), quanto mais aumentarmos sinteticamente S, maior a resolução [5]. A conjugação da resolução em alcance e a resolução em azimute formam a célula de resolução, que representa o lugar geométrico no espaço que está sendo imageado por um conjunto de pulsos eletromagnéticos. Cada célula de resolução por sua vez representa um pixel da imagem lida pelo SAR, traduzindo a

5 5 intensidade do eco do recebido de forma gráfica numa escala de tons de cinza. Na figura a seguir, compare-se uma imagem gerada por um radar SAR, à esquerda, com outra gerada por um sensor ótico, à direita. Fig. 2. Comparação da imagem SAR (esquerda) com a imagem ótica (direita) A definição da imagem é tão melhor quanto menor for a célula de resolução, normalmente expressa em metros, conforme exemplifica a imagem a seguir. Fig. 3. Comparação de diversas resoluções de uma mesma imagem

6 6 4. AS CAPACIDADES O Radar de Abertura Sintética apresenta como principal característica a capacidade de operar independente das condições atmosféricas ou de luminosidade, haja vista, como já foi apresentado, não se trata de um processo ótico, mas sim da interpretação de ecos eletromagnéticos. Além disso, o SAR também encontra outras aplicações, pois é capaz de renderizar diferentes visões de um mesmo alvo variando a banda utilizada pelo radar. Dentre as principais capacidades militares do SAR tem-se: a. Reconhecimento, vigilância e busca de alvos Por operar de dia, de noite, e em qualquer tempo, o SAR pode providenciar uma suficiente resolução para distinguir características do terreno, reconhecer e identificar potenciais alvos do inimigo. b. Verificação de ameaças e tratados de não proliferação A necessidade de monitorar se outras nações estão cumprindo tratados de não proliferação de armas nucleares, químicas e biológicas vem crescendo drasticamente. Muitas vezes, o monitoramento é possível somente em períodos específicos, quando sobrevoos são permitidos. Porém é necessário manter a capacidade de monitoramento em condições climáticas adversas ou à noite, para assegurar que o inimigo não está se valendo dessas condições para esconder determinada atividade. O SAR provém esta capacidade em todas as condições climáticas e complementa informações disponíveis em outros sensores embarcados, como sensores óticos, termais e infravermelhos. c. Navegação e guiamento Um sistema de navegação georeferenciado pode ser implementado correlacionando a imagem obtida do terreno por um SAR com referências armazenadas (fotografias óticas ou imagens SAR previamente geradas). Dessa maneira, um SAR pode gerar a imagem de um alvo e guiar uma munição com alta precisão.

7 7 d. Penetração de folhagens e solo O Radar de Abertura Sintética oferece a capacidade de penetração em materiais oticamente opacos, ou que não são visíveis usando técnicas óticas ou infravermelhas. A baixa frequência utilizada pelo SAR, sob determinadas condições, pode penetrar folhagens e até mesmo o solo. Isto permite imagear alvos normalmente escondidos sob árvores, arbustos, e alguns tipos de coberturas terrestres. Para se obter a penetração adequada em folhagens e solo, o SAR deve operar em frequências relativamente baixas (de 10 MHz a 1 GHz). 5. CONCLUSÃO Como foi apresentado neste artigo, o emprego do radar de abertura sintética se faz fundamental para o levantamento de informações táticas em qualquer teatro de operações e na busca de informações estratégicas. No cenário atual, torna-se imperativo o conhecimento e o domínio de tecnologias avançadas como o SAR, visando manter a soberania nacional. É interessante ressaltar que são poucos os países no mundo que detém a tecnologia do SAR, entretanto o Brasil já possui desenvolvimento próprio e com resultados extremamente satisfatórios, com resoluções da casa de 1 metro. REFERÊNCIAS [1] ROCHA, Alexandre Barboza. A Guerra Eletrônica na Era da Informação. Informativo Antiaéreo Publicação Científica, Nr 03. Brigada de Artilharia Antiaérea e Escola de Artilharia de Costa Antiaérea [2] SHORT, Dr. Nicholas M. Remote Sensing Tutorial. Disponível em: < Acessado em 07 Out [3] SKOLNIK, Merryll. Radar Handbook. 3ª Edição. Mc Graw Hill Books [4] RIBEIRO, Luciano Melo R.. Radar SAR Conhecendo a Tecnologia Israelense em Radares de Abertura Sintética. Revista Força Aérea, Nr 23. Action Editora

8 8 [5] JUNIOR, Ali Kamel Issmael. Aplicações Operacionais do Radar de Abertura Sintética (SAR) e da câmera Infravermelha de Visada Direta (FLIR): um quadro comparativo e implementações futuras. VIII Simpósio de Guerra Eletrônica