Vinaora Nivo SliderVinaora Nivo SliderVinaora Nivo Slider

Działalność naukowo-badawcza

Prowadzone w Zakładzie Teledetekcji (ZT) prace dotyczące problematyki przetwarzania sygnałów w odbiornikach radarowych obejmują takie zagadnienia, jak:

  • Synteza i kompresja sygnałów z wewnątrzimpulsową modulacją oraz kodowaniem,
  • Filtracja sygnałów z zakłóceń oraz ich detekcja w radarze obserwacyjnym,
  • Przetwarzanie sygnałów w radarze z syntetyczną aperturą (SAR),
  • Przetwarzanie zobrazowań uzyskiwanych w radarze z syntetyczną aperturą (SAR),
  • Przetwarzanie sygnałów radarowych w technologii programowej (Software Defined Radar),
  • Badania wpływu parametrów lotu statku powietrznego oraz możliwości stabilizacji platformy z uwagi na poprawę jakości pracy radaru pokładowego, typu SAR i oraz innych sensorów,
  • Badania układów akustoelektronicznych.

Badania realizowane są najczęściej komputerowo, metodą symulacji z wykorzystaniem modeli matematycznych sygnałów oraz układów ich przetwarzania. Do przetwarzania sygnałów i informacji oprócz metod klasycznych zespół stosuje nowoczesne narzędzia takie jak teoria filtracji nieliniowej oraz metody sztucznej inteligencji. W ramach tych prac wykonano szereg programowych narzędzi badawczych i aplikacji użytkowych, w tym m.in.:

Ø Pakiet oprogramowania do projektowania banków filtrów cyfrowych dla systemów MTD.

Pakiet ten umożliwia projektowanie oraz badanie banku filtrów dopplerowskich o skończonej odpowiedzi impulsowej, przeznaczonych do zastosowania w radarowym układzie wykrywania obiektów ruchomych (MTD). Pakiet ma charakter wirtualnego przyrządu, który służy do kształtowania charakterystyk przenoszenia filtrów w warunkach występowania różnorodnych zakłóceń biernych. Pozwala on także na obserwację podstawowych miar jakości banku filtrów oraz ich porównanie z charakterystykami filtru optymalnego. Podstawowe właściwości oprogramowania to:

  • szeroka gama standardowych okien wagowych np. Czebyszewa, Keizera, Hamminga, Hanna,
  • uwzględnienie kwantowania współczynników filtrów w przypadku zastosowania arytmetyki stałoprzecinkowej o zadanej liczbie bitów,
  • wyznaczanie podstawowych miar jakości banku dopplerowskiego w warunkach występowania różnego typu zakłóceń biernych,
  • elastyczne kształtowanie parametrów zakłóceń biernych.

Ø Przestrzenny model sygnału echa radarowego.

Model symulacyjny echa radarowego stanowi sumę sygnałów będących echami od celów radarowych i obiektów niepożądanych występujących na tle szumu własnego odbiornika. Umożliwia on generację sygnałów ech o dużej gamie rozkładów prawdopodobieństwa. Wykorzystywane one są do badań modeli symulacyjnych układów przetwarzania sygnałów w radarach naziemnych wysokiej rozdzielczości z ołówkową wiązką antenową sterowaną elektronicznie.

Ø Neuronowy ekstraktor współrzędnych.

Opracowano strukturę ekstraktora współrzędnych dla radaru 3D, w którym zastosowano jednokierunkowe wielowarstwowe sztuczne sieci neuronowe. Modele symulacyjne układów ekstrakcji wykonano w środowisku Matlab. Opracowane zostały algorytmy trenowania sieci przeznaczonych do estymacji azymutu, kojarzenia (fuzji) wykryć elementarnych oraz estymacji elewacji. Problem kojarzenia wykryć elementarnych pojawia się w radarach 3D z dwuwymiarowym elektronicznym skanowaniem przestrzeni. W takich radarach wykrycia pojedynczego obiektu mogą się pojawiać niezależnie w kilku sąsiednich położeniach azymutalno - elewacyjnych wiązki. Zastosowanie sieci neuronowych poprawia właściwości układu kojarzenia wykryć elementarnych oraz ma zasadniczy wpływ na parametry charakteryzujące rozróżnialność radaru.

Ø Zintegrowany zestaw pomiarowy do rejestracji ech radarowych i ich analizy czasowo-częstotliwościowej.

Zestaw przeznaczony jest do obserwacji i rejestracji echa radarowego oraz pomiaru jego parametrów i analizy czasowo-częstotliwościowej, a także do testowania systemów przetwarzania sygnałów. Zestaw zbudowany jest w oparciu o syntezer sygnałów AWG 2021 oraz digityzer TDS 744A.

Ø Pakiet narzędzi programowych do badania właściwości sygnałów radarowych.

Pakiet umożliwia badanie właściwości czasowych oraz korelacyjno-widmowych sygnałów radarowych. Pakiet zawiera generatory następujących sygnałów: prostego, klasycznego typu LMCz, z dwuwartościową manipulacją fazy, z wielowartościową manipulacją fazy oraz z wielowartościową manipulacją częstotliwości. W pakiecie znajdują się ponadto programowe modele wielu klasycznych oraz oryginalnych rozwiązań cyfrowych filtrów dopasowanych. Wszystkie te narzędzia umożliwiają programowe badania zespołu układów kompresji w warunkach braku i obecności sygnałów zakłócających. Pod pojęciem zespołu układów kompresji należy rozumieć układy konwersji AC, detekcji fazy, decymacji oraz kompresji.

Zwiększone wymagania na czas trwania oraz pasmo sygnału złożonego z liniową modulacją częstotliwości spowodowały rozwój szerokopasmowych linii dyspersyjnych z akustyczną falą powierzchniową (AFP, rys.1) oraz badania nad nowym sposobem przetwarzania sygnału złożonego w kaskadowym połączeniu wielu linii dyspersyjnych. Zagadnieniami tymi zajmuje się prof. Adam KAWALEC, który jest Dyrektorem IRE od 19.02.2003.

linia dyspersyjnaRys.1 Przykład szerokopasmowej linii dyspersyjnej

Zastosowanie nowych metod w układzie dwóch współpracujących przetworników międzypalczastych oraz modelowanie (bazujące na teorii widmowej) efektów fizycznych związanych z propagacją AFP pod metalowymi elektrodami przetwornika międzypalczastego, daje możliwość zwiększenia pasma względnego linii dyspersyjnej (LD) z AFP do szerokości porównywalnej z częstotliwością środkową LD oraz czasem trwania odpowiedzi impulsowej większym od 20µs. Znacznym ułatwieniem w zakresie syntezy filtrów dyspersyjnych jest wykorzystanie periodycznego przetwornika dyspersyjnego o równoodległych elektrodach zaproponowanego w latach 80-tych przez prof. Eugeniusza DANICKIEGO. Pozwala to bowiem na pominięcie wpływu struktury przetwornika na propagującą się pod nim AFP oraz ułatwia technologię wykonania filtru poprzez dostosowanie parametrów struktury przetwornika dyspersyjnego do istniejących możliwości. Synteza filtru z wykorzystaniem algorytmu FFT umożliwia realizację systemów kompresyjnych o niskim poziomie listków bocznych przy obniżonym poziomie strat wtrąceniowych LD. Stąd bazując na periodycznym przetworniku dyspersyjnym opracowano LD, których przykładowe wyniki eksperymentalne przedstawiono na rys 2.

uklad kompresyjnyRys.2 Przykład układu kompresyjnego

Zakład posiada m. in. nowoczesną sprzętowo-programową platformę do implementacji algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów (rys. 3). Wyniki ostatnio prowadzonych prac wykorzystano m. in. w radarze obserwacji skażeń na powierzchni morza (rys. 5) oraz w produkowanych obecnie przez Przemysłowy Instytut Telekomunikacji (PIT) nowoczesnych trójwspółrzędnych radarach obserwacyjnych (rys. 6).

W miesiącach marzec – kwiecień 2007 w IRE opracowano OFERTĘ NA WYKONANIE PBZ-MNiSW-DBO-04/I/2007 n.t. „Zaawansowane technologie radarowe w zastosowaniach wojskowych oraz cywilnych". Był to skutek ogłoszenia konkursu przez MNiSW w marcu 2007.

W dniu 10.08.2007 ukazała się Decyzja Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego Nr K 148/T02/2007 o przyznaniu realizacji projektu PBZ-MNiSW-DBO-04/I/2007 pt. Zaawansowane technologie radarowe w zastosowaniach wojskowych oraz cywilnych. Po wakacjach we wrześniu rozpoczęły się intensywne prace zmierzające do podpisania UMOWY z MNiSW dotyczącej wykonania ww. projektu. Umowę z MNiSW podpisano w dniu 07.11.2007. Instytucje współpracujące tworzące konsorcjum są następujące: lider projektu - WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA (Instytut Radioelektroniki - IRE), PRZEMYSŁOWY INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI (w szczególności Gdański Oddział PIT), POLITECHNIKA WARSZAWSKA, POLITECHNIKA GDAŃSKA oraz POLITECHNIKA WROCŁAWSKA.

Pozytywna Decyzja Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dn. 10.08.2007 umożliwiła start do bardzo ważnego krajowego radarowego projektu badawczego. W trudnym finansowo okresie dla Wydziału Elektroniki pojawiło się sporo pieniędzy. Były to relatywnie bardzo duże pieniądze jeśli porówna się je z kwotami kojarzonymi np. z PBS czy z PBW.

Reasumując bez przesady należy stwierdzić, że w dniu 10.08.2007stanęliśmy u progu bardzo ważnego, kolejnego zadania w historii INSTYTUTU RADIOELEKTRONIKI. Poprzednio o losach IRE decydowały takie prace jak NATAL, ASYR, BREŃ, WISŁA / BRDA, GUNICA oraz WOŁCZENICA. Były to tzw. prace „zakładowe". Obecnie, w ramach PBZ, pojawiła się okazja realizacji dużego tematu KRAJOWEGO, który wykonywany był we współpracy z najważniejszymi w dziedzinie radiolokacji ośrodkami n–b w Polsce: PIT, PW, PGd, PWr oraz WAT. Przed krajową radiolokacją pojawiła się szansa na rozwój, pełna jednak niebezpiecznych partykularyzmów. Do wygrania lub przegrania było wiele.

Realizacja PBZ zakończyła się w dniu 30 listopada 2010r. Na początku stycznia 2011 kompletny raport końcowy został przekazany do NCBiR. W dniu 12.03.2012 otrzymaliśmy z NCBiR informację o pozytywnej ocenie naszego projektu (patrz skan dokumentu z NCBiR).

Rys. 3. Sprzętowo-pogramowa platforma do implementacji algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów

rys3 1Wieloprocesorowa karta DSP Quatro67 firmy Innovative Integration

Charakterystyka:

  • karta PCI pełnej długości, cztery procesory zmiennoprzecinkowe TMS320C6701,
  • szczytowa moc obliczeniowa 4 GFLOPS,
  • kanały komunikacyjne FIFO „każdy z każdym” procesorem, 32 bity, 160 MB/s,
  • trzy 16-bitowe kanały FIFO dla urządzeń zewnętrznych, 16 bitów, 80 MB/s,
  • zewnętrzna pamięć lokalna procesorów 16 MB SDRAM i 512 KB SBSRAM, rozbudowane oprogramowanie firmowe i narzędziowe.

rys3 2Pakiet SDR (Software Defined Radio) firmy Sundance

SKŁAD:

SMT310Q - karta nośna standardu PCI:

  • możliwość zainstalowania do czterech modułów standardu TIM,
  • programowo rekonfigurowane połączenia międzyprocesorowe,
  • wbudowany w kartę kontroler JTAG.

SMT370 - podwójny szybki moduł wejścia wyjścia ADC/DAC:

  • dwa 14-bitowe przetworniki ADC o częstotliwości próbkowania do 105 MHz,
  • podwójny 16-bitowy przetwornik DAC o częstotliwości próbkowania do 400 MHz,
  • 32 Mb (1Mx4 bajty) szybkiej pamięci typu ZBTRAM,
  • porty do szybkiej komunikacji o szybkości transmisji do 200 MB/s,
  • wbudowane precyzyjne, wysokostabilne źródło sygnału zegarowego.

SMT 365E moduł DSP/FPGA:

  • procesor sygnałowy TMS320C6416 firmy Texas Instruments, (600 MHz),
  • układ FPGA Xilinx Viretx-II XC2V6000 (6 mln bramek),
  • pamięć SDRAM: 256 MB/100 MHz,
  • pamięć flash ROM: 4 MB,
  • porty do szybkiej komunikacji o szybkości transmisji do 200 MB/s.

Rys. 4. Zintegrowany zestaw pomiarowy 

Stanowisko umożliwia: obserwację i rejestrację sygnałów przetwarzanych w badanych podzespołach, analizę właściwości czasowych i częstotliwościowych badanych sygnałów, testowanie nowoczesnych systemów przetwarzania sygnałów.

rys4

Rys. 5. Radarowy system monitoringu zanieczyszczeń powierzchni morza produktami ropopochodnymi 

image004Radar RON-100 zamontowany na platformie wiertniczej ulokowanej na Bałtyku

image006Zobrazowanie ech radarowych od powierzchni morza na ekranie monitora

Rys.6 Trójwspółrzędne radary kontroli przestrzeni powietrznej z systemami antenowymi w postaci szyków fazowanych

rys6 1 Mobilny radar 3D z elektronicznym przeszukiwaniem przestrzeni obserwacji wiązkami ołówkowymi kształtowanymi w czterech nieruchomych mechanicznie systemach antenowych realizujących funkcje radarów pierwotnych oraz radarów wtórnychrys6 2 1 1 1 Mobilny radar 3D średniego zasięgu z obracającym się dookólnie systemem antenowym kształtującym stos wiązek antenowych do odbioru


rys6 3 Stacjonarny radar 3D dużego zasięgu z obracającym się dookólnie systemem antenowym kształtującym stos wiązek do odbioru. Jednostka antenowa znajduje się w kopule ochronnej umieszczonej na wieży. Jednostki nadawcza i odbiorcza rozmieszczone są w budynkach przylegających do wieży

078389

Stronę Instytutu przegląda teraz 7 gości