“Progettazione ed implementazione di un sistema digitale di elaborazione vettoriale per trattamento dati di radar ottici a doppia modulazione di ampiezza”

Presentazione sul tema: "“Progettazione ed implementazione di un sistema digitale di elaborazione vettoriale per trattamento dati di radar ottici a doppia modulazione di ampiezza”"— Transcript della presentazione:

1 “Progettazione ed implementazione di un sistema digitale di elaborazione vettoriale per trattamento dati di radar ottici a doppia modulazione di ampiezza” Candidato Andrea Roello Relatore Prof. M.Salmeri Correlatore Ing. C. Neri Correlatore Prof. S. Bertazzoni UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA

2 Sommario Descrizione generale del Radar Ottico e del suo principio di funzionamento Descrizione del Radar Ottico IVVS Esposizione del blocco di elaborazione dati realizzato Risultati ottenuti e sviluppi futuri del sistema

3 Descrizione del radar ottico AM Il Radar Ottico a modulazione di ampiezza (AM) è uno strumento di telerilevamento che consente di effettuare, a distanza e senza contatto, immagini bidimensionali e tridimensionali di un ambiente o di un oggetto.

4 Descrizione del radar ottico AM Diretta estensione a frequenze ottiche delle tecniche utilizzate per i radar ad onda continua λ compresa tra 0.7 e 3 μm Sorgente: laser a semiconduttore Risoluzione submillimetrica nelle tre direzioni spaziali su distanze dell’ordine delle decine di metri

5 Risultati ottenuti in laboratorio FotocameraRadar Ottico Immagini 2D

6 Risultati ottenuti in laboratorio FotocameraRadar Ottico Immagini 3D

7 Principio di funzionamento di un radar ottico Il principio alla base del sistema di misura del radar ottico è il “tempo di volo” t L impegato dal segnale ottico emesso dalla sorgente laser per percorrere la distanza radar-bersaglio e ritorno. Foto- rivelatore L Sorgente Target

8 Principio di funzionamento di un radar ottico Foto- rivelatore L Sorgente Target Il principio alla base del sistema di misura del radar ottico è il “tempo di volo” t L impegato dal segnale ottico emesso dalla sorgente laser per percorrere la distanza radar-bersaglio e ritorno.

9 Principio di funzionamento di un radar ottico a modulazione di ampiezza Nel R.O. a modulazione di ampiezza l’intensità della sorgente ottica viene modulata sinusoidalmente alla frequenza f m ( 79,5 MHz in IVVS ). Il segnale ottico ricevuto dopo un tempo di volo t L è ancora modulato in ampiezza alla frequenza f m e in conseguenza della propagazione presenta uno sfasamento rispetto alla sorgente pari a:

10 Principio di funzionamento di un radar ottico a modulazione di ampiezza Combinando le due relazioni precedenti si ricava: Perciò dalla misura dello sfasamento  è possibile risalire alla distanza del bersaglio. Misurando anche l’intensità istantanea del segnale riflesso si riescono ad effettuare delle immagini fotografiche dettagliate dell’ambiente scansionato.

11 Attualmente presso l’ENEA di Frascati è in fase avanzata di test il Radar Ottico a modulazione di ampiezza IVVS. Il Radar Ottico IVVS L’elemento fondamentale di IVVS è il probe di scansione realizzato interamente con materiali RadHard e connesso all’apparato elettronico esclusivamente tramite delle fibre ottiche.

12 ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor

13 Il Radar Ottico IVVS

14 Schema di principio del Radar Ottico a modulazione di ampiezza IVVS Fibra ottica Digital Receiver

15 f 22 f 22 Schema del Digital Receiver

16 f 22 f 22 Filtraggio e conversione A/D

17 f 22 f 22 Schema del Digital Receiver Moltiplicazione per un segnale complesso

18 f 22 f 22 Schema del Digital Receiver Filtraggio

19 f 22 f 22 Schema del Digital Receiver Prodotti incrociati

20 f 22 f 22 Schema del Digital Receiver Vettore Y

21 Conversione coordinate rettangolo polari f 22 f 22 Schema del Digital Receiver

22 f 22 f 22 FASE AMPIEZZA DISTANZA SCALA DI GRIGIO Schema del Digital Receiver

23 Algoritmo CORDIC COordinate Rotation DIgital Computer Sviluppato originariamente da Jack Volder come soluzione real-time per affrontare i problemi di navigazione Permette di realizzare il calcolo di tutte le funzioni trigonometriche tramite la rotazione vettoriale

24 Algoritmo CORDIC COordinate Rotation DIgital Computer (x 0,y 0 ) X Y X Y Il vettore in ingresso viene portato a coincidere con l’asse delle ascisse tramite una serie di iterazioni (ρ,φ) (x 0,y 0 )

25 Algoritmo CORDIC COordinate Rotation DIgital Computer (x 0,y 0 ) X Y X Y La fase viene memorizzata in un accumulatore ad ogni passaggio, il modulo coincide con l’ascissa del vettore in uscita (ρ,φ)

26 Implementazione su FPGA Due software di sviluppo utilizzati: Aldec Active HDL v.5.1 Altera Quartus II v.2.2

27 Implementazione su FPGA Processore CORDIC

28 Implementazione su FPGA Processore CORDIC (x 0,y 0 ) X Y (x ’,y ’ ) X Y Q= (Q 2 Q 1 Q 0 )

29 Implementazione su FPGA Processore CORDIC (x ’,y ’ ) X Y FASE ( Φ) AMPIEZZA (R) Q= (Q 2 Q 1 Q 0 )

30 Implementazione su FPGA Processore CORDIC (x ’,y ’ ) X Y FASE ( Φ) AMPIEZZA (R) Q= (Q 2 Q 1 Q 0 ) + ΔΦ

31 Implementazione su FPGA

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41 Simulazioni software Risoluzione in fase: decimo di grado Risoluzione in ampiezza: una parte su un milione

42 Conclusioni Obiettivi raggiunti Realizzazione ed implementazione su FPGA del blocco di conversione di coordinate rettangolo-polari ed integrazione con il sistema precedentemente realizzato Sviluppi Futuri Implementazione di una doppia modulazione di ampiezza per aumentare il range di misura del sistema senza degradarne la precisione