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

Oznaka in naziv projekta

J2-50072 Napredne metode za odkrivanje objektov pod površino s poudarkom na zajemu in interpretaciji podatkov

J2-50072 Advanced methods for sub surface object detection with emphasis on data acquisition and interpretation

Projekt financiran s strani ARIS

Raziskovalni projekt je financiran s strani ARIS (Javne agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije)

Projektna skupina

Vodja projekta: Boštjan Batagelj

Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS

Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS

Projektna skupina

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 je 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.

Faze projekta in njihova realizacija

DS1 Pregled obstoječih principov

• T1.1 Generiranje in pridobivanje EM valov
• T1.2 Analiza principov radarja in interakcije s površinami in različnimi materiali

DS2 Načrtovanje radarja

• T2.1 Zasnova antenskega niza
• T2.2 Frekvenčna analiza in optimizacija
• T2.3 Optimizacija faznega šuma
• T2.4 Razvoj strojne opreme visoko-frekvenčnega georadarja
• T2.5 Polarimetrični georadar

DS3: Krmiljenje leta letalnika, upravljanje poti in sinhronizacija sistema

• T3.1 Upravljanje poti
• T3.2 Krmiljenje leta
• T3.3 Bistatična radarska sinhronizacija
• T3.4 Radarski konstelacijski/formacijski let

DS4 Napredne tehnike slikanja

• T4.1 Tehnike slikanja SAR
• T4.2 Mikrovalovna tomografija
• T4.3 Dinamično odstranjevanje ozadja na vozilu
• T4.4 Interpretacija podatkov in ocena kakovosti

DS5 Umetna inteligenca za zaznavanje predmetov

• T5.1 Načrtovanje sistema umetne inteligence
• T5.2 Odkrivanje kopenskih min
• T5.3 Zaznavanje človeka pod zemljo in slikanje skozi steno
• T5.4 Ocena vlažnosti tal

DS6 Objava izvedenih raziskav

Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta

Izvirni znanstveni članki:

• Aljaž Blatnik, Boštjan Batagelj. Wideband low phase-noise signal generation using coaxial resonator in cascaded phase locked loop. Electronics. May-2 2024, vol. 13, iss. 10, 1934, 16 str., https://www.mdpi.com/2079-9292/13/10/1934
• Tomi Mlinar, Urban Podgrajšek, Boštjan Batagelj. Comparison of coverage-prediction models for modern mobile radio networks. Electronics. Nov.-2 2023, vol. 12, iss. 22, 4554, str. 17, https://www.mdpi.com/2079-9292/12/22/4554
• Kristjan Vuk Baliž, Andraž Debevc, Matjaž Vidmar, Boštjan Batagelj. Analog wavelength locking in an optical single-sideband transmitter of a millimeter-wave radio-over-fiber link featuring a micro-ring resonator and a heat-pump-controlled laser. Photonics. Dec. 2023, vol. 10, iss. 12, 1341, str. 21, https://www.mdpi.com/2304-6732/10/12/1341
• Tomi Mlinar, Sašo Tomažič, Boštjan Batagelj. Centimeter positioning accuracy in modern wireless cellular networks – wish or reality?. Informacije MIDEM. 2023, vol. 53, no. 4, str. 239-248, https://ojs.midem-drustvo.si/index.php/InfMIDEM/article/view/1756
• Blaž Pongrac, Dušan Gleich. Despeckling of SAR Images Using Residual Twin CNN and Multi-Resolution Attention Mechanism. Remote sensing. 2023, vol. 15, iss. 14, 3698, str. 25, https://www.mdpi.com/2072-4292/15/14/3698

Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci:

• Luka Podbregar, Andrej Trost, Aljaž Blatnik, Andrej Žemva, Boštjan Batagelj. Izvedba in optimizacija hitre Fourierjeve transformacije v Vitis HLS za obdelavo radarskih podatkov. Proceedings of the 33rd International Electrotechnical and Computer Science Conference ERK 2024 : Portorož, Slovenija, 26. - 27. september 2024. str. 21-25, https://erk.fe.uni-lj.si/2024/papers/podbregar(izvedba_in).pdf
• Vid Vrh, Andrej Lavrič, Boštjan Batagelj. Kvantne tehnologije daljinskega zaznavanja in kvantni radar. Proceedings of the 33rd International Electrotechnical and Computer Science Conference ERK 2024 : Portorož, Slovenija, 26. - 27. september 2024. str. 45-48, https://erk.fe.uni-lj.si/2024/papers/vrh(kvantne_tehnologije).pdf
• Vesna Eržen, Andrej Lavrič, Janez Krč, Boštjan Batagelj. Opazovanje injekcijske vklenitve polprevodniške Fabry-Periot laserske diode s pomočjo meritve njene izhodne optične moči. Proceedings of the 33rd International Electrotechnical and Computer Science Conference ERK 2024 : Portorož, Slovenija, 26. - 27. september 2024. str. 66-69, https://erk.fe.uni-lj.si/2024/papers/erzen(opazovanje_injekcijske).pdf
• Luka Podbregar, Aljaž Blatnik, Boštjan Batagelj. Rešitve za časovno sinhronizacijo bistatičnega radarja z umetno odprtino pri mobilnih platformah. Proceedings of the 33rd International Electrotechnical and Computer Science Conference ERK 2024 : Portorož, Slovenija, 26. - 27. september 2024. str. 30-34, https://erk.fe.uni-lj.si/2024/papers/podbregar(resitve_za).pdf
• Klemen Kropec, Blaž Pongrac, Dušan Gleich. Eksperimentalna evalvacija modularnega FMCW radarja. Proceedings of the 33rd International Electrotechnical and Computer Science Conference ERK 2024 : Portorož, Slovenija, 26. - 27. september 2024. str. 26-29, https://erk.fe.uni-lj.si/2024/papers/kropec(eksperimentalna_evalvacija).pdf
• Andrej Lavrič, Boštjan Batagelj. Phase Noise Measurement for Improving the Performance of High-Order Modulation Scheme Wireless Links. 2024 7th International Balkan Conference on Communications and Networking (BalkanCom), Ljubljana, Slovenia, 2024, str. 148-152 https://ieeexplore.ieee.org/document/10557170
• Kristjan Vuk Baliž, Boštjan Batagelj. Single Optical Micro-Ring-Resonator-Based Fading Compensation for Single-Sideband Modulated Radio over Fibre Link. 2024 7th International Balkan Conference on Communications and Networking (BalkanCom), Ljubljana, Slovenia, 2024, str. 125-131 https://ieeexplore.ieee.org/document/10557180
• Marton Czermann, Uroš Dragonja, Luka Podbregar, Agoston Schranz, Eszter Udvary, Boštjan Batagelj. Experimental Investigation of a High-Accuracy Optical Delay Stabilization Method in Free Space. 2024 7th International Balkan Conference on Communications and Networking (BalkanCom), Ljubljana, Slovenia, 2024, str. 16-20 https://ieeexplore.ieee.org/document/10557174
• Luka Podbregar, Uroš Dragonja, Janez Krč, Marton Czermann, Aljaž Blatnik, Boštjan Batagelj. Sensitivity of radio frequency phase stabilization system to temperature changes in a fiber optic link. 2024 7th International Balkan Conference on Communications and Networking (BalkanCom), Ljubljana, Slovenia, 2024, str. 143-147 https://ieeexplore.ieee.org/document/10557179
• Luka Podbregar, Aljaž Blatnik, Sašo Tomažič, Boštjan Batagelj. Feasibility Study of Time Synchronization Solution for the Bistatic Synthetic Aperture Radar Using Mobile Platforms. 2024 International Conference on Broadband Communications for Next Generation Networks and Multimedia Applications (CoBCom)

Objavljeni povzetki znanstvenih prispevkov na konferenci:

• Luka Zmrzlak, Aljaž Blatnik, Boštjan Batagelj. Radiofrekvenčna stopnja za radar na osnovi tehnologije mikrovalovne fotonike. SRK 2024 : 26. seminar radijske komunikacije 2024, Ljubljana, 31 januarja. do 2. februarja 2024, Založba FE, 2024. Str. 457, ISBN 978-961-243-461-8
• Luka Podbregar, Boštjan Batagelj. Razdeljevanje signala lokalnega oscilatorja za radarske sisteme. SRK 2024: 26. seminar radijske komunikacije 2024: Ljubljana, 31 januarja. do 2. februarja 2024, Založba FE, 2024. Str. 458, ISBN 978-961-243-461-8
• Andrej Lavrič, Boštjan Batagelj, Matjaž Vidmar. Učinki faznega šuma v radijskih komunikacijah. SRK 2024: 26. seminar radijske komunikacije 2024: Ljubljana, 31 januarja. do 2. februarja 2024, Založba FE, 2024. Str. 453, ISBN 978-961-243-461-8
• Dušan Gleich, Blaž Pongrac, Primož Smogavec, Danijel Šipoš. Georadar. SRK 2024: 26. seminar radijske komunikacije 2024: Ljubljana, 31 januarja. do 2. februarja 2024, Založba FE, 2024. Str. 453, ISBN 978-961-243-461-8

Patentna prijava:

• Andrej Lavrič, Boštjan Batagelj, Matjaž Vidmar. Postopek merjenja faznega šuma in naprava za izvedbo postopka: P-202400040, 2024-03-18. Ljubljana: Urad Republike Slovenije za intelektualno lastnino, 2024.