PROCESSAMENTOS DE SINAIS MIMO SAR (SYNTHETIC APERTURE RADAR) PARA DETECÇÃO DE MOVIMENTO

Transcrição

1 PROCESSAMENTOS DE SINAIS MIMO SAR (SYNTHETIC APERTURE RADAR) PARA DETECÇÃO DE MOVIMENTO Ana Paula Pagotti Orientador: Prof. Dr. Murilo Bellezoni Loiola 1

2 Sumário Introdução Objetivos SAR Problema a ser estudado Metodologia Referências Bibliográficas 2

3 O que é SAR? SAR - Synthetic Aperture Radar - Radar de Abertura Sintética Radar acoplado a uma plataforma em movimento avião, satélite, etc... 3

4 O que é MIMO? MIMO - Multiple-Input Multiple-Output Múltiplas Entradas Múltiplas saídas 4

5 Meu trabalho Técnica de Laboratório UFABC (2011) 5

6 Minha Graduação Técnica de Laboratório UFABC (2011) Engenheira Aeroespacial (2017) 6

7 Minha Graduação Técnica de Laboratório UFABC (2011) Engenheira Aeroespacial (2017) 7

8 Projeto de Mestrado Técnica de Laboratório UFABC (2011) Engenheira Aeroespacial (2017) Mestre em Engenharia Mecânica (2017) 8

9 Projeto de Mestrado Técnica de Laboratório UFABC (2011) Engenheira Aeroespacial (2017) Mestre em Engenharia Mecânica (2017) 9

10 Objetivo da Proposta de projeto de Doutorado Estudar e propor técnicas de processamento de sinais relacionadas a sistemas MIMO SAR para detecção de objetos em movimento. 10

11 Como funciona o SAR? 11

12 Como funciona o SAR? 12

13 Compensação de Movimento Assume-se que: A velocidade da plataforma tem que ser constante! 13

14 Compensação de Movimento AERONAVES: Correção de fase devido a diferença de velocidades; Uso de acelerômetros, giroscópios para medir desvios (IMU) ; Uso de GPS para determinação precisa da posição e velocidade 14

15 Pulse Repetition Frequency 15

16 Tipos de SAR 16

17 Vantagens do uso do SAR Abertura sintética muito maior que da antena real (SCHLUTZ, M., 2009); Vantagens: Maior área de varredura; Melhor resolução das imagens; Antena do radar pode ser menor que de um radar estático Opera em condições ambientais críticas : com chuva, nuvens e ausência de luz; Identifica a presença de água, biomassa, gelo, metais, concreto etc. 17

18 Sistemas SAR em funcionamento ERS-1 e ERS- 2 : European Space Agency JERS-1 SAR: Japan Aerospace Exploration Agency RADARSAT-1: Canadian Space Agency SRTM: NASA/JPL & DARA/ASI ENVISAT ASAR: European Space Agency ALOS PALSAR-1: Japan Aerospace Exploration Agency TerraSAR-X : Infoterra, Germany RADARSAT-2: Canadian Space Agency and MacDonald Dettwiler (MDA) COSMO-SkyMed: Agenzia Spaziale Italiana (ASI) RISAT-1: Indian Space Agency 18

19 Sistemas SAR em funcionamento SRTM: NASA/JPL & DARA/ASI Shuttle Radar Topography Mission Onibus Espacial Endeavour Missão 11 dias- Fevereiro 2000; Mapeamento Terrestre - 56 S e 60 N Base de cartas topográficas digitais Resolução 30 metros; 19

20 Sistemas SAR em funcionamento TerraSAR-X : Infoterra, Germany Órbita Polar, altitude de 514,8 Km Resolução de até 25 cm Qualidade radiométrica 16 bits 20

21 Sistemas SAR em funcionamento COSMO-SkyMed: Agenzia Spaziale Italiana (ASI) COnstellation of small Satellites for the Mediterranean basin Observation Funções: Sistema de segurança e defesa Análises sísmicas Monitoração de desastres naturais Mapeamento de agricultura Lançamentos: Frequência: Banda X A frequência central é de 9,6 GHz com banda máxima de 400 MHz. 21

22 Aplicações do SAR Monitoramento agrícola 22

23 Aplicações do SAR Mapeamento de regiões alagadas; 23

24 Aplicações do SAR Mapeamento de geleiras; 24

25 Aplicações do SAR Identificação da geomorfologia terrestre; 25

26 Aplicações do SAR Mapeamento urbano; 26

27 Aplicações do SAR Tráfego terrestre 27

28 Aplicações do SAR Tráfego marinho 28

29 Moving Target Indication (Indicação de alvo em Movimento) Deslocamento de um objeto em movimento 29

30 Moving Target Indication (Indicação de alvo em Movimento) Deslocamento de um objeto em movimento V = 100m/s Vr = 5m/s Θ = 30º V = 100m/s Vr = 15m/s Θ = 30º 30

31 Moving Target Indication (Indicação de alvo em Movimento) MTI Abertura única Utiliza bandas disponíveis para adicionar informação de objetos em movimento Maior erro em deslocamentos na direção azimutal; SAR Interferométrico Uso de duas antenas com sinais combinados coerentemente; Detecção de correntes marítimas; Diferencia ecos de objetos em movimento de fixos; Utiliza sistemas MIMO 31

32 Trabalhos Correlatos (TARCHI; OLIVERI; SAMMARTINO, 2013) MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) SAR redução significativa da quantidade dos dados coletados e simplifica a transmissão do sistema. 32

33 Trabalhos Correlatos (MOREIRA et al., 2013b) sistemas MIMO SAR aumentar a resolução das imagens aumento da área de cobertura do radar ; supressão de ambiguidades relacionadas à direção de alcance e azimute do SAR. Permite utilização dos SAR relacionadas tanto a indicação de posição de um alvo em movimento (MTI). 33

34 Trabalhos Correlatos (ZHOU et al., 2012) propõe a estimação da velocidade de um objeto em movimento utilizando sistema MIMO SAR através de um algoritmo delay-and-sum (DAS). 34

35 Trabalhos Correlatos Outra técnica que procura soluções para ambiguidades MIMO SAR para a análise de objetos em movimento é a utilização de sinais esparsos como apresentado em (CETIN et al., 2014), que pode auxiliar a minimizar os erros relativos ao foco do objeto que se encontra com uma velocidade na imagem. 35

36 Metodologia Referenciais bibliográficos sobre o tema; Implementar algoritmos utilizando técnicas de processamento de sinais para a detecção de objetos em movimento utilizando o software Matlab. 36

37 Referências Bibliográficas CETIN, Mujdat et al. Sparsity-driven synthetic aperture radar imaging: Reconstruction, autofocusing, moving targets, and compressed sensing. IEEE Signal Processing Magazine, [s. l.], v. 31, n. 4, p , KRIEGER, Gerhard. MIMO-SAR : Opportunities and Pitfalls. [s. l.], v. 52, n. 5, p , MOREIRA, Alberto et al. A Tutorial on Synthetic Aperture Radar. IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine, [s. l.], v. 1, n. 1, MYRICK, Andy. Synthetic Aperture Radar ( SAR ), [s.d.]. Disponível em: < Acesso em: 20 mar TARCHI, Dario; OLIVERI, Franco; SAMMARTINO, Pier Francesco. MIMO radar and ground-based SAR imaging systems: Equivalent approaches for remote sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, [s. l.], v. 51, n. 1, p , V. T. VU, T.K.SJÖGREN, M.I. PETTERSSON, And H.Hellste. An impulse re- sponse function for evaluation of ultrawideband SAR imaging,. IEEE Trans. Signal Processing, [s. l.], v. 58, n. 7, p , ZHOU, Wei et al. Effect analysis and velocity estimation of moving target based on MIMO SAR system. International Conference on Signal Processing Proceedings, ICSP, [s. l.], v. 3, p ,