Il progetto ¿Passive Radar Systems for Autonomous Driving Applications¿ (PaRAD-2) si propone di studiare, sviluppare e testare capacità avanzate per sistemi radar passivi basati su segnali satellitari per applicazioni di sorveglianza mirate all¿assistenza di veicoli in movimento di tipo terrestre e marittimo.
Nella fase 1 del progetto, sono stati identificati i principali requisiti del sistema e definite le condizioni operative; sono state sviluppate tecniche ad-hoc di elaborazione del segnale per sfruttare lunghi tempi di integrazione per abilitare la rivelazione di target di interesse nonostante le limitazioni in termini di potenza disponibile; è stata progettata, sviluppata e testata una catena ricevente sperimentale interamente basata su componenti COTS.
I risultati teorici e sperimentali ottenuti nella prima fase hanno mostrato le potenzialità di tale sistema per applicazioni di guida assistita, incentivando la prosecuzione e l¿avvio di nuovi studi per estendere le potenzialità del sistema.
La fase 2, oggetto della presente proposta, mira a incrementare le prestazioni del sensore in termini di affidabilità e precisione in ambienti complessi (e.g. aree di traffico denso), e abilitare funzionalità aggiuntive quali il riconoscimento dei bersagli nell¿area circostante il veicolo in movimento.
Allo scopo, lo studio proposto avrà tre principali obiettivi:
- Studio e sviluppo di tecniche di elaborazione del segnale che capitalizzino sulle diversità in frequenza, polarizzazione, e spazio offerte dalle trasmissioni broadcast satellitari (in particolare segnali televisivi DVB-S) ricevute da configurazioni multi-canale del sensore.
- Abilitazione di procedure di classifica e riconoscimento tramite la formazione ed interpretazione di immagini radar e basati sull¿estrazione delle micro-Doppler.
- Validazione sperimentale della catena ricevente e delle tecniche sviluppate in scenari applicativi di interesse usando piattaforme in movimento (veicoli terrestri/imbarcazioni).
Il carattere fortemente innovativo del progetto PaRAD-2 risiede nelle sue peculiarità nei diversi aspetti tecnici e scientifici della ricerca nell'ambito dei radar passivi, offrendo la possibilità di realizzare sensibili avanzamenti rispetto allo stato dell¿arte, e aprendo la strada a interessanti potenzialità applicative.
Utilizzo di trasmettitori di opportunità satellitari
L'aumento della disponibilità di trasmissioni RF satellitari ha suscitato un crescente interesse nello sviluppo di sistemi radar passivi in grado di sfruttarle. Studi recenti hanno suggerito notevoli potenzialità di sorveglianza utilizzando i segnali DVB-S [1], incentivando nuovi studi sulla loro ricezione ed elaborazione. Lo studio proposto, focalizzandosi su applicazioni di tipo autonomous driving, contribuisce allo sviluppo di metodologie abilitanti per radar passivi basati su DVB-S, che possono trovare impiego su diversi tipi di veicoli in movimento terrestri, navali e, potenzialmente, aerei.
Radar passivi su piattaforme mobili
Le possibilità offerte dall'installazione di sistemi radar passivi su piattaforme mobili sono notevoli, ma è un campo relativamente inesplorato rispetto ai sensori stazionari, date le problematiche di compensazione del moto e lo spread della banda di clutter, che ostacolano la rivelazione dei bersagli. Studi recenti si sono focalizzati sulla cancellazione adattiva dei disturbi ambientali, considerando sorgenti terrestri [2]. Studi su tali tematiche con illuminatori satellitari sono ad oggi assenti. Si prevede che il progetto proposto possa contribuire a colmare tale gap.
Analisi ed elaborazione di dati multidimensionali
La ricerca di nuovi approcci per l'elaborazione del segnale nei radar passivi è oggetto di progressi continui, soprattutto grazie all¿evolversi del mondo delle trasmissioni wireless. Al fine di ottenere il maggior contenuto informativo possibile dai segnali disponibili, è oggi necessario sviluppare approcci multidimensionali (e.g. spazio/frequenza/polarizzazione). La ricerca sui radar passivi basati su DVB-S si è prevalentemente concentrata su metodologie mono-dimensionali, con pochi contributi su approcci multidimensionali prevalentemente focalizzati sulla diversità spaziale offerta da ricevitori multicanale [3]. Gli studi su approcci multidimensionali innovativi che mirano a sfruttare anche le diversità in frequenza e polarizzazione offerte hanno quindi una significativa valenza innovativa.
Tecniche di elaborazione avanzate per procedure ATR
L'Automatic Target Recongition (ATR), tramite approcci ISAR e/o analisi delle micro-Doppler, è un campo finora poco esplorato per i radar passivi. Alcuni studi hanno mostrato come immagini ISAR significative di bersagli in movimento possano essere ottenute utilizzando segnali DVB-S e bersagli cooperanti [4]. L'estensione a bersagli non-cooperanti, per i quali le informazioni di moto devono essere ricavate direttamente dai dati, rappresenta un punto fondamentale per l'utilizzo in scenari operativi, che sarà oggetto di studio nel progetto proposto.
Mentre l'estrazione e l'analisi delle micro-Doppler sono oramai ben consolidati nel caso di radar attivi, nel caso passivo gli studi sono ancora in numero scarso, date le difficoltà intrinseche di un sistema in cui la forma d'onda non è progettata per scopi radar. Sono stati svolti recentemente primi studi per l'estrazione delle micro-Doppler con radar basati su DVB-S [5], in cui le attività inerenti svolte nel progetto mirano ad inserirsi.
Si noti infine come la presente proposta viene avanzata da un Gruppo di Ricerca che vanta una densa e stabile rete di rapporti con realtà accademiche ed industriali, sia in Italia che all'estero. Le tematiche sopra elencate sono oggetto di interesse da parte di diversi gruppi nazionali ed internazionali, favorendo quindi scambi di conoscenze/collaborazioni in ambito accademico e non solo.
Dal punto di vista di trasferimento tecnologico verso il mondo produttivo, si noti come la presente proposta si inserisce nel mercato ben identificato dell'automotive, con specifico riferimento ad applicazioni di collision avoidance, autonomous driving, ecc., rispondendo alla crescente domanda di sistemi a basso costo ed a basso impatto ambientale per il monitoraggio della zona circostante un veicolo in movimento.
Riferimenti
[1] J.-.Bárcena-Humanes, et al. Passive radar imaging capabilities using space-borne commercial illuminators in surveillance applications, SPSympo 2015.
[2] G. P. Blasone, et al. Passive Radar STAP detection and DoA estimation under antenna calibration errors. IEEE TAES, 2021.
[3] J. Li, et al. A DVB-S-Based Multichannel Passive Radar System for Vehicle Detection, IEEE Acc., 2020.
[4] I. Pisciottano, et al. Maritime target imaging via simultaneous DVB-T and DVB-S passive ISAR, IET RSN, 2019.
[5] M. Ummenhofer, et al. UAV Micro-Doppler Signature Analysis Using DVB-S Based Passive Radar. IEEE RadarConf 2020.