Lo scopo di questo progetto di ricerca è lo sviluppo di funzionalità innovative e l'incremento prestazionale per sistemi radar passivi in applicazioni di monitoraggio e sorveglianza a corto e medio raggio.
Allo scopo si intende sfruttare, anche congiuntamente, diversi Illuminatori di Opportunità (IoOs), quali i trasmettitori broadcast terresti di tipo digitale (DAB, DVB-T), trasmissioni per il mobile networking (WiFi, LTE), nonché l'utilizzo di geometrie di osservazione bistatiche, bistatiche estreme (Forward Scatter) e multistatiche.
In particolare, utilizzando trasmettitori di opportunità a banda larga che illuminano insistentemente una certa area di interesse, si prevede un miglioramento nelle funzioni di rivelazione e localizzazione di bersagli in termini di accuratezza, potendo anche sfruttare lunghi tempi di integrazione.
In aggiunta, si vuole indagare la possibilità di una classificazione automatica che consenta di fornire informazioni riguardo la natura dei bersagli osservati per riconoscerne forma, dimensioni ed eventualmente stabilirne il livello di minaccia, il che rappresenterebbe un vantaggio strategico per applicazioni di sorveglianza su target di piccole e medie dimensioni (ad esempio droni) in ambito civile e di sicurezza.
In ambiente indoor si porrà attenzione alle questioni di sicurezza pubblica e servizi, tra cui la possibilità di conoscere la posizione e spostamenti di persone all'interno di edifici, e di classificarne in maniera automatica movimenti e attività svolte.
Con riferimento agli obiettivi di progetto esposti nella sezione precedente, gli aspetti innovativi proposti possono essere elencati come segue:
- Nelle applicazioni di sorveglianza in area locale le forme d'onda più utilizzate sono quelle WiFi, essendo facilmente accessibili sia in ambienti indoor che outdoor grazie all'ampia diffusione di Access Point WiFi. Nell'ambito delle funzioni di base di rivelazione e localizzazione, un aspetto innovativo sarà rappresentato da uno studio incentrato sull'analisi e l'impiego di altre forme d'onda per il mobile networking, come trasmissioni per la telefonia mobile tra cui LTE o successori di nuova generazione. Operando attraverso trasmissioni di questo tipo, si avrebbe il vantaggio di sfruttare segnali con maggiori larghezze di banda e quindi di ottenere migliori risoluzioni in range; quello che ci si aspetta è un incremento delle prestazioni nella capacità di localizzazione e anche la possibilità di abilitare funzioni di imaging. Inoltre, l'utilizzo di tali trasmettitori consentirebbe di usufruire di una copertura più ampia e di estendere il raggio di azione del sistema PR consentendo la sorveglianza di aree più vaste come un ambiente urbano.
- Nelle applicazioni di sorveglianza a medio raggio le forme d'onda più utilizzate sono quelle delle trasmissioni FM e DVB-T data la loro vasta diffusione e ampia copertura. L'aspetto innovativo comprende l'impiego di tali trasmissioni che permettono di sfruttare lunghi tempi di integrazione coerente e non coerente, che richiedono lo sviluppo di tecniche adeguate a compensare gravi effetti di migrazione in range e in Doppler, anche di tipo non lineare. In sostanza, per beneficiare del guadagno offerto da un'integrazione basata su lunghi tempi, è necessario inseguire il bersaglio lungo la sua traiettoria incognita. Tale approccio può essere basato sull'utilizzo di banchi di filtri "adattati" a diverse traiettorie, oppure ricorrendo a tecniche più moderne di quali ad esempio Track-Before-Detect (TBD) o Track While Scan (TWS) che permettono di inizializzare delle operazioni di tracciamento prima di decidere se la rivelazione effettuata sia effettivamente un bersaglio (TBD) che assicurano una miglior prestazione di tracciamento per oggetti di piccole dimensioni come small Unmanned air Vehicles (droni). Tuttavia, tali tecniche richiederanno una fase di adattamento al caso di radar passivi ed una fase di raffinamento ai fini di ridurne significativamente il costo computazionale.
- Un ulteriore aspetto da analizzare è la possibilità di sfruttare geometrie di osservazione alternative tra cui quelle bistatiche estreme, ad esempio Forward Scatter (FS), allo scopo di ottenere un incremento della RCS di piccoli bersagli e di abilitare funzionalità aggiuntive come la capacità di classifica. Si valuterà, poi, l'efficacia di sfruttare la disponibilità di una costellazione di trasmettitori e/o ricevitori per approcci multistatici che consentano di collezionare diversi set di misure sulle informazioni di range, Doppler e Direction of Arrival (DOA) per un target di interesse; in questo modo si avrebbe la possibilità di estendere la copertura e di ottenere un incremento prestazionale nella localizzazione 2D o 3D tramite l'integrazione delle informazioni ottenute.
- Ulteriormente, si indagherà la possibilità di dotare tali sistemi della capacità di classificare automaticamente il tipo di velivolo o veicolo di superficie che si sta osservando in modo da stabilire se questo possa costituire una minaccia.
Per raggiungere questo obbiettivo l'attività si dividerà in due diverse fasi:
a) L'estrazione di features: cioè uno studio volto a selezionare caratteristiche che siano il più possibile distintive per i target osservati e che possano essere usate per alimentare un algoritmo di classifica.
Possibili features da considerare per classificare target aerei potrebbero essere:
(i) le caratteristiche del moto e la quota
(ii) profili estratti tramite tecniche ISAR o mediante l'utilizzo di geometrie di osservazioni FS
(iii) informazioni sulla natura del bersaglio mappate nel fenomeno delle Micro-doppler causato dal movimento delle parti mobili del target, ad esempio i rotori di un drone.
b) Ricerca di un algoritmo di classifica: investigare tra gli algoritmi presenti nella letteratura del Machine Learning per poi implementare un algoritmo di classifica ad-hoc in grado di sfruttare al meglio le features estratte.
- Rispetto ai sistemi RFID in cui la rivelazione e localizzazione di target equipaggiati di RFID-tag, e quindi definiti cooperanti, il progetto si propone come obiettivo l'operabilità del sistema PR anche in scenari di sorveglianza in aree come abitazioni private in cui si è interessati a localizzare e tracciare target non cooperanti che quindi potrebbero rappresentare un'eventuale minaccia.