Instytut Radioelektroniki – Nauka i badania

W obszarze teorii i techniki mikrofalowej, w Instytucie Radioelektroniki prowadzone są badania nad nowoczesnymi strukturami mikrofalowymi. Należą do nich zarówno elementy bierne, takie jak dzielniki mocy, sprzęgacze, detektory, jak i aktywne: wzmacniacze mikrofalowe, mieszacze, powielacze częstotliwości. Większość elementów i podzespołów wykonywane jest w technice niesymetrycznej linii paskowej NLP, dobrze opanowanej w Instytucie Radioelektroniki. Prowadzone są prace nad wielowrotnikami mikrofalowymi, niezbędnymi w strukturach układów natychmiastowego pomiaru częstotliwości i fazy sygnałów mikrofalowych oraz układach formowania wiązki antenowej. Tego typu szerokopasmowe układy wykorzystano między innymi w budowie monoimpulsowych zespołów namierzania źródeł sygnałów mikrofalowych, lekkich radarów pasywnych lokalnego zasięgu oraz lekkiego przenośnego radaru wykrywającego przeciwpancerne pociski kumulacyjne. Wszystkie rozwiązania zostały sprawdzone w warunkach rzeczywistych.

W ramach prowadzonych w Instytucie Radioelektroniki badań Radiometria zbudowano termografy mikrofalowe, wykorzystujące termiczną radiometrię szumową. Zastosowania tej techniki są bardzo rozległe, od wykrywania zmian nowotworowych, np. nowotworu piersi u kobiet, poprzez obserwacje satelitarne powierzchni ziemi i oceanów, aż do detekcji położenia zamaskowanych obiektów wojskowych (np. pojazdów). W odróżnieniu od termografii podczerwonej, która umożliwia pomiar wyłącznie temperatury powierzchni ciała, termografia mikrofalowa pozwala na wykrywanie niejednorodności termicznych leżących w głębi próbek biologicznych. Opracowane i wykonane w Instytucie radiometry mikrofalowe były z powodzeniem wykorzystane w szpitalu klinicznym w Białymstoku do wykrywania zmian nowotworowych.

W ramach grupy zagadnień związanych z radarem szumowym prowadzone są prace badawcze zmierzające do opracowania lokalizatora do wykrywania obiektów ukrytych za przesłonami dla światła widzialnego i podczerwieni, wykorzystującego radar szumowy pracujący w paśmie częstotliwości 3 GHz. Radar pracuje z szerokopasmowym sygnałem szumowym, natomiast odbiornik realizuje analogową detekcję korelacyjną, co umożliwia precyzyjny pomiar odległości do obiektów. Precyzyjne określenie odległości realizowane jest za pomocą analogowej sterowanej elektronicznie linii opóźniającej o zmiennej długości. Dokładność określenia odległości wynosi +/- 20 cm. Zastosowanie szyku antenowego z elektronicznie sterowaną wiązką pozwala na określenie położenia obiektów również we współrzędnych azymutalnych. Lokalizator pozwala nie tylko określać położenie istot żywych, ale także ocenić ich aktywność życiową. Dzięki temu urządzenie może być wykorzystane do prac poszukiwawczych osób w zawaliskach lub niedostępnych przestrzeniach. Dzięki tej własności może być on z powodzeniem stosowany przez różnego rodzaju służby związane z szeroko rozumianym bezpieczeństwem państwa.

Badania w ww. tematyce zmierzają do opracowania systemu obrony aktywnej pojazdu opancerzonego. Celem prac jest zbudowanie lekkiego przenośnego radaru szumowego, mogącego wykryć i z dużą dokładnością śledzić trajektorię lotu przeciwpancernego pocisku kumulacyjnego. Pozwoli to wybrać najlepszy, w danych warunkach, sposób reakcji systemu obrony wozu bojowego. W konstrukcji radaru wykorzystano zarówno analogowe, jak i cyfrowe linie opóźniające, szybką transformatę Fouriera oraz cyfrową korelację kwadraturową. Wykonano badania laboratoryjne i poligonowe obu modeli systemu ochrony, zakończone wynikiem pozytywnym. Radar współpracuje z częścią wykonawczą, odpowiedzialną za fizyczną ochronę obiektu.

W Instytucie prowadzone są prace badawcze dot. opracowania efektywnych struktur zintegrowanych systemów pozycjonujących i nawigacyjnych oraz algorytmów przetwarzania danych z urządzeń nawigacyjnych, m.in. odbiorników satelitarnych systemów nawigacyjnych (GNSS) i systemów nawigacji inercjalnej (INS). Integracja umożliwia m.in. poprawę parametrów i własności użytkowych systemu oraz uzyskanie korzyści ekonomicznych, w wyniku zastąpienia drogich pojedynczych urządzeń nawigacyjnych tańszymi systemami zintegrowanymi o porównywalnych lub lepszych własnościach i parametrach. Prowadzone są również prace nad algorytmami równoczesnego tworzenia mapy otoczenia i jej wykorzystywania do pozycjonowania (SLAM), które mogą być wykorzystywane do nawigacji z wykorzystaniem obrazów z kamer lub zobrazowań radarowych w nieznanym terenie. Wyniki badań w dziedzinie zintegrowanych systemów nawigacyjnych mogą znaleźć zastosowania wojskowe i cywilne w nawigacji pieszych, pojazdów lądowych, statków powietrznych oraz nawodnych i podwodnych obiektów pływających. Zespół z Instytutu Radioelektroniki uczestniczył w realizacji projektu współfinansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych jako Projekt Badawczy PBS1/B3/15/2012 (akronim WATSAR), którego celem było opracowanie, wykonanie i przebadanie demonstratora technologii radarowego systemu zobrazowania terenu o parametrach oraz gabarytach umożliwiających zainstalowanie go na miniaturowym bezpilotowym statku powietrznym (mini BSP).

Powyższa tematyka badawcza obejmuje szeroki zakres problemów związanych z szeroko rozumianą techniką radiolokacyjną. Główne problemy badawcze dotyczą zagadnień związanych z syntezą oraz generacją radarowych sygnałów złożonych oraz zaawansowanych algorytmów przetwarzania sygnałów echa radarowego.

Tematyka przetwarzania sygnałów echa radarowego obejmuje wiele zagadnień (m. in.:  filtracja dopasowana, tworzenie mapy zakłóceń czy stabilizacji poziomu fałszywego alarmu), czego efektem końcowym jest estymacja współrzędnych czy fuzja wykryć elementarnych. Celem prowadzonych badań w obszarze w/w algorytmów jest ich optymalizacja pod kątem możliwości implementacyjnych w opracowywanych rozwiązaniach. Wykorzystywane techniki implementowane są docelowo w układach programowalnych FPGA, procesorach sygnałowych (DSP) czy systemach sprzętowej akceleracji obliczeń w oparciu o procesory graficzne (GPU). Efektem czego jest zgodność opracowywanych rozwiązań z technologią radaru programowego (SDR).

Wyniki powyższych prac znajdują zastosowanie zarówno w technice wojskowej jak i cywilnej i są adresowane przede wszystkim do krajowych producentów sprzętu radiolokacyjnego.

Technika SAR pozwala na uzyskiwanie radiolokacyjnych zobrazowań terenu o rozróżnialnościach porównywalnych z fotografią lotniczą i satelitarną. Zasada działania SAR opiera się na wykorzystaniu wzajemnego ruchu pomiędzy anteną radaru i obserwowanym obiektem. W czasie przelotu nad obserwowanym terenem radar wysyła sygnały sondujące oraz odbiera sygnały echa, które, po przebyciu odpowiedniego dystansu przetwarza w taki sposób, jak gdyby pochodziły z jednej bardzo długiej anteny.

Prowadzone w Instytucie Radioelektroniki od 2006 roku prace badawcze w obszarze SAR obejmują modelowanie sygnałów odbieranych przez radar przy różnych postaciach sygnałów sondujących, implementację algorytmów syntezy zobrazowania SAR oraz algorytmów kompensacji błędów ruchu nosiciela. Prowadzone są również prace nad implementacją algorytmów SAR w programowalnych układach FPGA.

Radarowa penetracja gruntu (ang. Ground Penetrating Radar) jest bezinwazyjną techniką badania struktury przypowierzchniowych warstw gleby zwykle o grubości rzędu kilku bądź kilkunastu metrów, choć możliwa jest także detekcja rozległych struktur do głębokości dochodzącej nawet do 1 km (na potrzeby geologii). W Instytucie Radioelektroniki prowadzone są badania teoretyczne i eksperymentalne nad nowymi generacjami georadarów, sygnałami sondującymi, przetwarzaniem sygnałów i danych georadarowych oraz interpretacją otrzymywanych zobrazowań. Instytut dysponuje dwoma laboratoriami badawczymi i sprzętem pomiarowym, na który m.in. składa się pięć jednostek radarowych o różnych zasadach działania, parametrach i możliwościach detekcyjnych. Prowadzi się także prace nad antenami ultraszerokopasmowymi przeznaczonymi do GPR i innych tego typu systemów. Obok prac teoretycznych prowadzone są także liczne nowatorskie eksperymenty w poszukiwaniu nowych zastosowań techniki georadarowej takich jak archeologia czy dendrologia.