Napredne metode za odkrivanje objektov pod površino s poudarkom na zajemu in interpretaciji podatkov

Odkrivanje predmetov pod površjem zemlje in izza objektov je pomembna aplikacija za civilne in vojaške namene (vključno z odkrivanjem zemeljskih min). Radar je naprava, ki oddaja elektromagnetno valovanje pod površje zemlje (ang. Ground Penetrating Radar) in z zaznavanjem odbojev valovanja od različnih objektov v mediju se lahko uporablja za snemanje prostora v odvisnosti od časa. To lahko ponazorimo z radargramom. Konvencionalni radargrami nastanejo s premikanjem antene neposredno nad zemeljsko površino in imajo glavno pomanjkljivost, da mora biti antena v neposrednem stiku s površino in s tem onemogoča ogled objekta iz različnih strani. Ta projekt predstavlja temeljno raziskavo za razvoj majhnega radarskega sistema za zaznavanje objektov z uporabo naprednih radarskih konceptov in implementacijo naprednih konceptov zajemanja signalov z uporabo več pogledov za preiskovano območje. Ta raziskovalni projekt bo osredotočen na: razvoj novih konceptov radarjev, zasnovo širokopasovne antene, generiranje signala z nizkim šumom, dinamično dušenje ozadja, bistatično radarsko sinhronizacijo, razvoj naprednih konceptov slikanja in izločanje značilk za detekcijo objektov pod površjem zemlje z uporabo konvolucijskih nevronskih mrež (CNN). Radar je sestavljen iz oddajnika, antene in sprejemnika. Vse tri komponente zahtevajo skrbno načrtovanje za povečanje izhodne moči oddajnika in prilagajanje oddanega signala sevalnemu elementu, anteni. V tem raziskovalnem projektu bomo razvili radar na podlagi impulzov in radar z zveznimi valovi s stopničasto frekvenco (SFCW) z uporabo digitalne obdelave s programabilnim nizom vrat (FPGA), ki omogoča sprotno obdelavo signalov in nadaljnje zmanjšanje šuma v sprejemniku. Razviti radarji bodo temeljito analizirani za zmanjšanje faznega šuma in izboljšanje lastnosti radarja. Novost pri zasnovi radarja bo dinamično in sprotno odstranjevanje ozadja na sprejemniku, ki nadomešča samodejno kontrolo ojačenja in omogoča veliko večjo izhodno moč oddanega signala brez nasičenja bližnjega sprejemnika in odstranjevanja tarč v ozadju. Razvili bomo bistatični radar za uporabo na dveh brezpilotnih zračnih plovilih (UAV), ki se uporabljata za napredno zajemanje signalov. Bistatični radarji bodo sinhronizirani z uporabo globalnih satelitskih navigacijskih sistemov (GNSS) in notranjih ur za prostorsko in časovno sinhronizacijo. Časovna in prostorska sinhronizacija je potrebna za zagotovitev naprednih tehnik slikanja, kjer bo pravilen položaj UAV določen s krmiljenjem in upravljanjem poti leta UAV. Kontrola leta je potrebna za omogočanje radarskega zajema in tomografije s sintetično aperturo. Za uporabo mikrovalovne tomografije bo več pogledov na pregledano pod površje zagotovljeno z več UAV, ki bodo nosili oddajnike in sprejemne senzorje za izvajanje meritev razpršenega signala. Umetna inteligenca bo uporabljena za zaznavanje predmetov v polarimetričnih podatkih. Razviti GPR bomo uporabili za več scenarijev: zaznavanje objektov pod površino, oceno polarimetrične dielektrične konstante z uporabo pristopa CNN, ki bo omogočil zaznavanje vlage v tleh in zaznavanje mikro Dopplerjevih značilk za zaznavanje dihanja in premikanja človeka pod površjem zemlje. Cilji predlaganega projekta so: • Razviti GPR majhne velikosti, ki je primeren za pritrditev na majhna vozila ali UAV. • Analizirati in modelirati radarski sistem ter zmanjšati fazni šum oddajnika in sprejemnika. • Predlagati dinamično odstranitev ozadja na krovu. • Predlagati sinhronizacijske tehnike za bistatični radar. • Oblikovanje zračno sklopljenih polarimetričnih anten, primernih za UAV. • Predlagati optimalno konfiguracijo leta polarimetričnih bistatičnih radarjev. • Razviti napredne SAR in tehnike slikanja z mikrovalovno tomografijo. • Uporaba umetne inteligence za odkrivanje in razvrščanje zakopanih predmetov. • Zaznavanje dihanja in premikanja ljudi izza sten.