Utilizzo di tecniche radar per l’individuazione di ostacoli al volo

L’obiettivo della seguente tesi è quello di studiare la detection di ostacoli sfruttando sensori radar in banda 5G. In modo particolare si è posta attenzione sulla possibile applicazione su elicotteri. Questi sono dotati di sistemi che in condizioni di maltempo non funzionano nel migliore dei modi, e tra gli ostacoli più difficoltosi da identificare ci sono le linee elettriche. Una particolarità delle linee elettriche è che a frequenze alte, presentano un fenomeno detto fenomeno di Bragg. Quest’ultimo permette di avere un backscatter significativo se l’angolo di incidenza dell’onda rientra in uno specifico intervallo. Questo pattern può essere sfruttato nella detection, poiché ha un andamento periodico: difatti i picchi sono disposti a intervalli di circa 5◦ nell’intervallo [−20◦, +20◦]. Ciò fa si che nonostante il ritorno di un cavo sia in genere più basso del clutter e di altri echi provenienti dall’ambiente, esso presenti una distribuzione caratteristica che permette di identificarlo. Per eseguire la detection delle linee elettriche a partire dalle immagini range-azimuth restituite dalle simulazioni implementate, è possibile applicare la trasformata di Hough. Tale trasformata è molto utilizzata per l’identificazione di linee rette sulle immagini, difatti prima di applicare la trasformata le mappe range-azimuth devono essere trasformate in coordinate cartesiane. Dopodiché si applica la trasformata e il risultato viene ritrasformato in coordinate polari. All’interno della tesi il primo passo è stato quello di effettuare un confronto tra varie tipologie di antenne e diverse frequenze, per vedere quale effettivamente garantisse la soluzione migliore in termini di prestazioni e dimensioni. A seguito dei risultati, nonostante la frequenza corrispondente a 24GHz non presenti un pattern di Bragg significativo, si è deciso comunque di approfondire tale frequenza, visti i tanti algoritmi e materiale a disposizione per la banda 5G. Dopodiché viene spiegato come tali simulazioni sono state implementate, in modo particolare descrivendo e giustificando la scelta dei parametri utilizzati, lo scenario geometrico, il modello di rumore termico e di clutter. Sono state incluse all’interno della tesi anche le verifiche effettuate per attestare che tali modelli fossero coerenti con quanto atteso dalla teoria. Per l’implementazione di tali simulazioni è stato sfruttato l’ambiente di lavoro di Matlab. Esse si basano su un main principale, che al suo interno richiama le funzioni descritte in due classi, Cable e Helicopter. Per ottenere il modello di rumore termico e clutter sono state implementate due funzioni apposite. Le simulazioni sono state progettate in modo da fornire separatamente il ritorno del cavo, il rumore termico e il clutter, offrendo così la possibilità di analizzare singolarmente gli effetti del clutter o del rumore termico sul ritorno della linea elettrica. Dai risultati delle simulazioni è emerso che il problema fondamentale per una buona visualizzazione del cavo è legato al clutter e non al rumore termico. Per sopperire a tale problema, un’idea potrebbe essere quella di applicare un tapering sull’antenna, facendo così ridurre il livello dei lobi secondari. Come conseguenza di ciò scenderà anche il ritorno del cavo elettrico. Tuttavia visto che il rumore termico non ha grandi effetti su di esso, ciò non rappresenta un problema. La riduzione dei lobi secondari, fa sì che a terra giunga un segnale inferiore e di conseguenza questo farà ridurre il livello di clutter.