Zakład Teledetekcji – Nauka i badania

Pakiet ten umożliwia projektowanie oraz badanie banku filtrów dopplerowskich o skończonej odpowiedzi impulsowej, przeznaczonych do zastosowania w radarowym układzie wykrywania obiektów ruchomych (MTD). Pakiet ma charakter wirtualnego przyrządu, który służy do kształtowania charakterystyk przenoszenia filtrów w warunkach występowania różnorodnych zakłóceń biernych. Pozwala on także na obserwację podstawowych miar jakości banku filtrów oraz ich porównanie z charakterystykami filtru optymalnego. Podstawowe właściwości oprogramowania to:

• szeroka gama standardowych okien wagowych np. Czebyszewa, Keizera, Hamminga, Hanna,
• uwzględnienie kwantowania współczynników filtrów w przypadku zastosowania arytmetyki stałoprzecinkowej o zadanej liczbie bitów,
• wyznaczanie podstawowych miar jakości banku dopplerowskiego w warunkach występowania różnego typu zakłóceń biernych,
• elastyczne kształtowanie parametrów zakłóceń biernych.

Model symulacyjny echa radarowego stanowi sumę sygnałów będących echami od celów radarowych i obiektów niepożądanych występujących na tle szumu własnego odbiornika. Umożliwia on generację sygnałów ech o dużej gamie rozkładów prawdopodobieństwa. Wykorzystywane one są do badań modeli symulacyjnych układów przetwarzania sygnałów w radarach naziemnych wysokiej rozdzielczości z ołówkową wiązką antenową sterowaną elektronicznie.

Opracowano strukturę ekstraktora współrzędnych dla radaru 3D, w którym zastosowano jednokierunkowe wielowarstwowe sztuczne sieci neuronowe. Modele symulacyjne układów ekstrakcji wykonano w środowisku Matlab. Opracowane zostały algorytmy trenowania sieci przeznaczonych do estymacji azymutu, kojarzenia (fuzji) wykryć elementarnych oraz estymacji elewacji. Problem kojarzenia wykryć elementarnych pojawia się w radarach 3D z dwuwymiarowym elektronicznym skanowaniem przestrzeni. W takich radarach wykrycia pojedynczego obiektu mogą się pojawiać niezależnie w kilku sąsiednich położeniach azymutalno - elewacyjnych wiązki. Zastosowanie sieci neuronowych poprawia właściwości układu kojarzenia wykryć elementarnych oraz ma zasadniczy wpływ na parametry charakteryzujące rozróżnialność radaru.

Zestaw przeznaczony jest do obserwacji i rejestracji echa radarowego oraz pomiaru jego parametrów i analizy czasowo-częstotliwościowej, a także do testowania systemów przetwarzania sygnałów. Zestaw zbudowany jest w oparciu o syntezer sygnałów AWG 2021 oraz digityzer TDS 744A.

Pakiet umożliwia badanie właściwości czasowych oraz korelacyjno-widmowych sygnałów radarowych. Pakiet zawiera generatory następujących sygnałów: prostego, klasycznego typu LMCz, z dwuwartościową manipulacją fazy, z wielowartościową manipulacją fazy oraz z wielowartościową manipulacją częstotliwości. W pakiecie znajdują się ponadto programowe modele wielu klasycznych oraz oryginalnych rozwiązań cyfrowych filtrów dopasowanych. Wszystkie te narzędzia umożliwiają programowe badania zespołu układów kompresji w warunkach braku i obecności sygnałów zakłócających. Pod pojęciem zespołu układów kompresji należy rozumieć układy konwersji AC, detekcji fazy, decymacji oraz kompresji.

Zwiększone wymagania na czas trwania oraz pasmo sygnału złożonego z liniową modulacją częstotliwości spowodowały rozwój szerokopasmowych linii dyspersyjnych z akustyczną falą powierzchniową (AFP, rys.1) oraz badania nad nowym sposobem przetwarzania sygnału złożonego w kaskadowym połączeniu wielu linii dyspersyjnych. Zagadnieniami tymi zajmuje się prof. Adam KAWALEC.

Zastosowanie nowych metod w układzie dwóch współpracujących przetworników międzypalczastych oraz modelowanie (bazujące na teorii widmowej) efektów fizycznych związanych z propagacją AFP pod metalowymi elektrodami przetwornika międzypalczastego, daje możliwość zwiększenia pasma względnego linii dyspersyjnej (LD) z AFP do szerokości porównywalnej z częstotliwością środkową LD oraz czasem trwania odpowiedzi impulsowej większym od 20µs. Znacznym ułatwieniem w zakresie syntezy filtrów dyspersyjnych jest wykorzystanie periodycznego przetwornika dyspersyjnego o równoodległych elektrodach zaproponowanego w latach 80-tych przez prof. Eugeniusza DANICKIEGO. Pozwala to bowiem na pominięcie wpływu struktury przetwornika na propagującą się pod nim AFP oraz ułatwia technologię wykonania filtru poprzez dostosowanie parametrów struktury przetwornika dyspersyjnego do istniejących możliwości. Synteza filtru z wykorzystaniem algorytmu FFT umożliwia realizację systemów kompresyjnych o niskim poziomie listków bocznych przy obniżonym poziomie strat wtrąceniowych LD. Stąd bazując na periodycznym przetworniku dyspersyjnym opracowano LD, których przykładowe wyniki eksperymentalne przedstawiono na rys 2.

Zakład posiada m. in. nowoczesną sprzętowo-programową platformę do implementacji algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów (rys. 3). Wyniki ostatnio prowadzonych prac wykorzystano m. in. w radarze obserwacji skażeń na powierzchni morza (rys. 5) oraz w produkowanych obecnie przez Przemysłowy Instytut Telekomunikacji (PIT) nowoczesnych trójwspółrzędnych radarach obserwacyjnych (rys. 6).

W miesiącach marzec – kwiecień 2007 w IRE opracowano OFERTĘ NA WYKONANIE PBZ-MNiSW-DBO-04/I/2007 n.t. „Zaawansowane technologie radarowe w zastosowaniach wojskowych oraz cywilnych". Był to skutek ogłoszenia konkursu przez MNiSW w marcu 2007.

W dniu 10.08.2007 ukazała się Decyzja Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego Nr K 148/T02/2007 o przyznaniu realizacji projektu PBZ-MNiSW-DBO-04/I/2007 pt. Zaawansowane technologie radarowe w zastosowaniach wojskowych oraz cywilnych. Po wakacjach we wrześniu rozpoczęły się intensywne prace zmierzające do podpisania UMOWY z MNiSW dotyczącej wykonania ww. projektu. Umowę z MNiSW podpisano w dniu 07.11.2007. Instytucje współpracujące tworzące konsorcjum są następujące: lider projektu - WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA (Instytut Radioelektroniki - IRE), PRZEMYSŁOWY INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI (w szczególności Gdański Oddział PIT), POLITECHNIKA WARSZAWSKA, POLITECHNIKA GDAŃSKA oraz POLITECHNIKA WROCŁAWSKA.

Pozytywna Decyzja Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dn. 10.08.2007 umożliwiła start do bardzo ważnego krajowego radarowego projektu badawczego. W trudnym finansowo okresie dla Wydziału Elektroniki pojawiło się sporo pieniędzy. Były to relatywnie bardzo duże pieniądze jeśli porówna się je z kwotami kojarzonymi np. z PBS czy z PBW.

Reasumując bez przesady należy stwierdzić, że w dniu 10.08.2007stanęliśmy u progu bardzo ważnego, kolejnego zadania w historii INSTYTUTU RADIOELEKTRONIKI. Poprzednio o losach IRE decydowały takie prace jak NATAL, ASYR, BREŃ, WISŁA / BRDA, GUNICA oraz WOŁCZENICA. Były to tzw. prace „zakładowe". Obecnie, w ramach PBZ, pojawiła się okazja realizacji dużego tematu KRAJOWEGO, który wykonywany był we współpracy z najważniejszymi w dziedzinie radiolokacji ośrodkami n–b w Polsce: PIT, PW, PGd, PWr oraz WAT. Przed krajową radiolokacją pojawiła się szansa na rozwój, pełna jednak niebezpiecznych partykularyzmów. Do wygrania lub przegrania było wiele.

Realizacja PBZ zakończyła się w dniu 30 listopada 2010r. Na początku stycznia 2011 kompletny raport końcowy został przekazany do NCBiR. W dniu 12.03.2012 otrzymaliśmy z NCBiR informację o pozytywnej ocenie naszego projektu.

Rys. 3. Sprzętowo-programowa platforma do implementacji algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów

Charakterystyka:

• karta PCI pełnej długości, cztery procesory zmiennoprzecinkowe TMS320C6701,
• szczytowa moc obliczeniowa 4 GFLOPS,
• kanały komunikacyjne FIFO „każdy z każdym” procesorem, 32 bity, 160 MB/s,
• trzy 16-bitowe kanały FIFO dla urządzeń zewnętrznych, 16 bitów, 80 MB/s,
• zewnętrzna pamięć lokalna procesorów 16 MB SDRAM i 512 KB SBSRAM, rozbudowane oprogramowanie firmowe i narzędziowe.

SKŁAD:

SMT310Q - karta nośna standardu PCI:

• możliwość zainstalowania do czterech modułów standardu TIM,
• programowo rekonfigurowane połączenia międzyprocesorowe,
• wbudowany w kartę kontroler JTAG.

SMT370 - podwójny szybki moduł wejścia wyjścia ADC/DAC:

• dwa 14-bitowe przetworniki ADC o częstotliwości próbkowania do 105 MHz,
• podwójny 16-bitowy przetwornik DAC o częstotliwości próbkowania do 400 MHz,
• 32 Mb (1Mx4 bajty) szybkiej pamięci typu ZBTRAM,
• porty do szybkiej komunikacji o szybkości transmisji do 200 MB/s,
• wbudowane precyzyjne, wysokostabilne źródło sygnału zegarowego.

SMT 365E moduł DSP/FPGA:

• procesor sygnałowy TMS320C6416 firmy Texas Instruments, (600 MHz),
• układ FPGA Xilinx Viretx-II XC2V6000 (6 mln bramek),
• pamięć SDRAM: 256 MB/100 MHz,
• pamięć flash ROM: 4 MB,
• porty do szybkiej komunikacji o szybkości transmisji do 200 MB/s.

Rys. 4. Zintegrowany zestaw pomiarowy 

Stanowisko umożliwia: obserwację i rejestrację sygnałów przetwarzanych w badanych podzespołach, analizę właściwości czasowych i częstotliwościowych badanych sygnałów, testowanie nowoczesnych systemów przetwarzania sygnałów.

Rys. 5. Radarowy system monitoringu zanieczyszczeń powierzchni morza produktami ropopochodnymi 

Rys.6 Trójwspółrzędne radary kontroli przestrzeni powietrznej z systemami antenowymi w postaci szyków fazowanych