Korkean resoluution jasuuren kuva-alueen SAR

MATINE tutkimusseminaari17.11.2016

Risto Vehmas, Juha Jylhä, Minna Väilä, Ari VisaTampereen teknillinen yliopisto

Signaalinkäsittelyn laitos

Hankkeelle myönnetty MATINE-rahoitus: 60 000 €

Sisältö• Johdanto

– SAR-kuvaus monikanavaisella systeemillä

• Vuoden 2016 tutkimusteemat– Liikkuvan maalin ilmaisu (moving target indication, MTI) ja

kuvantaminen (käänteinen SAR eli ISAR)– 3D-SAR-kuvantaminen

• Tuloksia– MTI- ja 3D-algoritmit havainnollistettuna mitatulla datalla– Tulosten hyödyntämisajatuksia

• Yhteenveto ja jatkoajatuksia SAR-algoritmikehityksestä

Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR 2

Johdanto: SAR-kuvaus• Synteettisen apertuurin

tutkalla (SAR) muodostetaankorkean resoluutiontutkakuvia ilmakehästä taiavaruudesta

3

• Mitattu signaali

• SAR-kuva

• SAR-mittaus

Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Johdanto: Monikanavainen SAR• Viime vuoden hankkeessa

tutkittiin SAR-algoritmejamonikanavaista vastaanottoahyödyntävälle systeemille

4Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

• Simuloitu SAR-kuva

Liikkuvan maalin ilmaisu (moving targetindication, MTI)• Tavoitteena löytää mittauksen aikana kohdealueella

liikkuvat kohteet• Perustekniikat:

– Displaced phase center antenna (DPCA)– Along track interferometry (ATI)– Space-time adaptive processing (STAP)

• Hyödynnetty US Air Force Research Laboratoryn (AFRL)julkista Gotcha-datasettiä

5Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Liikkuvan maalin ilmaisu (moving targetindication, MTI)• Kuvassa tiellä liikkuva auto ei kuvaudu oikein

tavanomaisella SAR-käsittelylläà auto aiheuttaa kuvaankohinamaisen taustahäiriön.

6Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Liikkuvan maalin ilmaisu• Hyödynnetään

monikanavaistavastaanottoa– Perusidea rautalangasta:

otetaan lentoradan samastakohdasta useita näytteitähieman eri aikoina

7

• DPCA ja ATI– Lasketaan

muutoskuva(t)amplitudiin javaiheeseenperustuen

• Auton liike havaitaanmuutoskuvasta (ATI)

Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Liikkuvan maalin ilmaisu• STAP (space-time adaptive processing)

– Suodatetaan staattisen taustan vaste pois, jonkajälkeen etsitään liikkuvaa kohdetta sovitetullasuodatuksella

8

Muodosta suodin jasuodata taustavälke

Muodosta odotettusignaali sovitettuasuodatusta varten

Sovitettu suodatus

Vertaa kynnysarvoon:Onko suurempi?

Ei

Kyllä

Ilmaisu jajatkotoimenpiteet

Liikkuvan kohteen kuvaaminen• Tavoitteena tarkan SAR-kuvan muodostaminen

yhteistyöhaluttomasta liikkuvasta kohteesta• Olemme kehittäneet algoritmeja kohteen tuntemattoman

liiketilan estimointiin ja kompensointiin

9Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

3D-SAR-tekniikat• Aika-alueen nopea algoritmi (fast factorized

back-projection, FFBP) 3D-kuvan tuottamiseen

10Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Tulosten hyödyntämisestä• SAR-MTI-tekniikat mahdollistavat suurten alueiden liki

reaaliaikaisen valvonnan.– Alueella liikkuvia kohteita kyetään havaitsemaan, seuraamaan ja

jopa tunnistamaan.– Soveltuu maalla ja merellä liikkuvien kohteiden seurantaan.– Kehitystä tarvitaan nopeammille, tarkemmille, kattavammille ja

luotettavammille järjestelmille (sekä rauta että ohjelmisto).

• 3D-SAR-teknologia on uusi, eikä sitä juuri vielä olesovellettu käytännössä suuressa mittakaavassa.– Tarjoaa kyvyn tunnistaa kohteita aiempaa paremmin.– Tarjoaa kyvyn hahmottaa paremmin ympäristöjä, joissa 3-

ulotteisia mielenkiintoisia muotoja: esim. metsät ja rakennetutalueet.

11Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Tieteellinen julkaiseminen• MATINE-hankkeessa tehtyyn tutkimukseen

liittyvä SAR-aihepiirin julkaisutoiminta:– 2 konferenssiartikkelia julkaistu (syksyllä 2015

ja keväällä 2016)– Lehtiartikkeli ja konferenssiartikkeli

arviointiprosessissa• 3D-algoritmeista ja mittauksista kirjoitetaan

myös julkaisu

12Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Jatkoajatukset• 3D-algoritmin kehitys PVTUTKL:n

tutkalla mitatulla datalla– Haastava mittausasetelma ja mielenkiintoinen ongelma, joka vaatii

liikekompensaatioalgoritmin soveltamista.– Mahdollistaisi uuden hyödyllisen mittauskyvyn esimerkiksi herätteiden hallintaa

ajatellen.

• MATINE-hakemus ”Liikkuvan maalin ilmaisu jatunnistaminen SAR-tutkalla” vuodelle 2017– STAP-, ISAR-, ja ATR (kohteen automaattinen tunnistaminen) -tekniikkojen

yhdistäminen uudenlaisen suorituskyvyn tuottamiseksi SAR-tutkalle.– Maalla ja merellä liikkuvien kohteiden seuranta ja tunnistaminen suurelta

valvonta-alueelta yhdellä ilmakehässä tai avaruudessa liikkuvalla SAR-lavetilla.

• SAR-menetelmien demonstroimisen toteutuksestakeskusteltu usean kotimaisen toimijan kanssa– Mahdollista on myös lyhyen kantaman koelaitteiston hankinta TTY:lle.

13Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR

Kiitos mielenkiinnosta!

14Korkean resoluution ja suuren kuva-alueen SAR