Il progetto FOSCAR-2 costituisce la seconda fase del progetto FOSCAR (Forward Scatter Radar passive system for small airport landing aid and control) già finanziato nel bando di Ateneo 2017.
Come FOSCAR mira all'introduzione di sensori innovativi da impiegarsi nel controllo del traffico aereo (ATC) per l'incremento della sicurezza degli spazi aerei in prossimità delle zone aeroportuali, con particolare riferimento agli aeroporti minori e/o alle aviosuperfici in cui operano velivoli ed aerei ultraleggeri, quali quelli utilizzati per voli turistici o servizi di aerotaxi.
FoScaR-2 si propone di studiare, progettare e sviluppare un dimostratore per sensori radar passivi multi-canale sfruttando i segnali della TV digitale a banda larga (diversamente da FOSCAR che si fermava ai segnali a banda stretta della Radio FM) in configurazione Forward Scatter Radar (FSR). Per le caratteristiche di costi contenuti, limitato impatto ambientale e assenza di emissioni e.m., tali sistemi si prestano a costituire reti di sensori opportunamente dislocati sull'area di interesse. Inoltre, FOSCAR-2 include tutte le modalità di uso congiunto di più canali, più trasmettitori (inclusi congiuntamente TV-digitale e radio FM) e più ricevitori in posizioni diverse.
Come FOSCAR, il presente progetto prevede, quali macro-attività principali: (i) definizione ed ottimizzazione di strategie operative e di tecniche di elaborazione dei segnali; (ii) progettazione e sviluppo di un ricevitore sperimentale, basato su ricevitori SDR - Sofware Defined Radio, che consenta di sfruttare le trasmissioni broadcast anche della TV digitale; (iii) svolgimento di test per la validazione dei risultati teorici e (iv) dimostrazione delle prestazioni ottenibili in scenari di interesse pratico.
L¿uso dei segnali a banda larga di TV digitale e di trasmettitori e ricevitori multipli contiene significativi elementi innovativi sia dal punto di vista delle tecniche di elaborazione, sia da quello delle prestazioni operative
A testimonianza dell'elevato livello di innovatività di questa ricerca, si ritiene utile segnalare che l'attività svolta in previsione di FOSCAR (prima fase finanziata da progetto Ateneo 2017) e nei primi mesi di attività di tale progetto ha portato a:
a) tre pubblicazioni su rivista internazionale prestigiosa:
- F. Colone, T. Martelli, P. Lombardo, "Quasi-Monostatic Versus Near Forward Scatter Geometry in WiFi-Based Passive Radar Sensors", IEEE Sensors Journal, Vol. 17, N.15, 2017, pp. 4757-4772, doi: 10.1109/JSEN.2017.2713450.
- N. Ustalli, P. Lombardo, D. Pastina, "Detection Performance of Forward Scatter Radar Using a Crystal Video Detector", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, November 2017 (early access), doi: 10.1109/TAES.2017.2774659.
- N. Ustalli, P. Lombardo, D. Pastina, "Generalized Likelihood Ratio detection schemes for Forward Scatter Radar", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, May 2018 (early access), doi: 10.1109/TAES.2018.2836518
b) due PREMI per il migliore articolo a conferenza internazionale, che includono:
- N. Ustalli, D. Pastina, C. Bongioanni, P. Lombardo, ¿Motion parameters estimation in dual-baseline Forward Scatter Radar configuration¿, International Conference on Radar Systems (RADAR 2017), Belfast (UK) - BEST STUDENT PAPER AWARD.
- N. Ustalli, D. Pastina, P. Lombardo, ¿Kinematic Parameters Extraction from a Single Node Forward Scatter Radar Configuration¿, International Radar Symposium (IRS 2018), Bonn (Germany) - BEST PAPER AWARD.
Per quanto riguarda l¿attività di ricerca prevista per questa seconda fase (FOSCAR-2) di ricerca di Ateneo, si illustrano di seguito gli elementi innovativi previsti nell¿ambito delle tecniche di elaborazione:
1) L¿uso di segnali con banda di frequenza più larga (TV digitale) porta ad una riduzione del tempo in cui il segnale può essere elaborato con le tecniche tipiche del Forward Scatter Radar. Nuove metodologie di elaborazione sono necessarie per sfruttare a pieno i segnali a banda larga. In particolare, la struttura di modulazione OFDM sembra consentire una suddivisione del segnale in varie componenti a banda stretta, che possono essere elaborate in modo congiunto per ottimizzare i risultati. La prevista maggiore complessità di elaborazione dovrebbe essere associata al miglioramento delle prestazioni di stima dei parametri di moto
2) Lo sviluppo di tecniche innovative per l¿utilizzazione congiunta di più canali di TV digitale (una delle forme possibili di MIMO), dovrebbe fornire maggiore precisione nella stima dei parametri e, potenzialmente, maggiore capacità di rivelazione dei bersagli aerei più piccoli.
3) L¿uso congiunto di canali di TV digitale e di Radio FM (una delle forme possibili di MIMO) richiede lo sviluppo di tecniche di elaborazione innovative, che potrebbero fornire anche elementi utili ad una classificazione almeno basilare dei velivoli.
4) Tecniche di sincronizzazione ed elaborazione di segnali FSR ricevuti in posizioni diverse (MIMO) lungo il sentiero di discesa del velivolo permettono sia una stima di tutti i parametri di moto, sia il loro aggiornamento con il progredire del velivolo nell¿atterraggio.
5) Si valuterà infine la possibilità di una stima della quota del velivolo tramite l'utilizzo di più antenne riceventi poste ad altezze diverse dalla superficie.
Elementi innovativi dal un punto di vista di sensore e sistema, sono costituiti dallo sviluppo di ricevitori di costo contenuto, in grado di operare con segnali TV digitale, cosa non possibile con i tipici ricevitori di costo più contenuto che sono in sviluppo in FOSCAR per la banda FM. L¿effettivo sviluppo di un sensore a basso costo è elemento chiave per la possibilità di utilizzare una rete MIMO di sensori.
Dal punto di vista dell'applicazione, elemento innovativo di impatto è la validazione delle potenzialità in termini di accuratezza di misura dei parametri cinematici del velivolo. Ci si aspettano prestazioni sensibilmente incrementate rispetto al caso FOSCAR prima fase (solo sensori FM), basato sull¿uso di sistema MIMO con canali multipli TV digitale e Radio FM. Tale validazione sarà effettuata su traffico reale in atterraggio all¿aeroporto di Roma Fiumicino.