ITUB20159244A1 - dispositivo miniradar multimediale dispositivo radarmultimediale miniaturizzato,tascabile,autonomo,autoalimentato,Capacita' di rilevamento in qualsiasi condizione critica climatica,per sorveglianza,antintrusione e anticollisione,con allarmi vocali,luminosi e sonori d'intervento automatico in situazione di rischio per l'utente,installabile in posizione fissa o mobile,all'esterno o all'interno di veicoli,natanti o altro,per intercettare nel campo di osservazione oggetti di qualsiasi tipo sia statici che dinamici. - Google Patents

Description

RtftSStìWTO

Ogni matrice lineare delle antenne planari ha una polarizzazione dedicata e flessibile, amplificando la capacità di classificazione del bersaglio e le prestazioni del radar per garantire una valutazione intelligente della minaccia di intrusione o di presenza critica. Questo velocizza l'elaborazione simultanea dei segnali in frequenza ricevuti. Nella fase di ricezione segnali vengono immediatamente eliminati i fasci di onde elettromagnetiche relative a bersagli fissi facenti parte dell'area in sorveglianza, comparati con segnali corrispondenti alla mappatura effettuata del sito in memoria nel dispositivo radar, discriminando solo i segnali di nuovi oggetti presenti nell'area in osservazione. I segnali trasformati nella modulazione ed amplificazione adeguata mediante un clustering si effettua l'elaborazione digitale per rilevare, classificare e monitorare in tempo reale oggetti, veicoli e individui che si avvicinano al campo volumetrico di segnalazione o di penetrazione in esso. I segnali vengono campionati a frequenze variabili dipendenti dalla distanza degli oggetti intercettati, ottenuta la FFT, un filtro particolare appositamente realizzato trasferisce i segnali demodulati all'elettronica digitale, l'hardware integrato con un software sviluppato con una serie di algoritmi dedicati provvede in reai time alla classificazione e catalogazione degli oggetti rilevati (Figura 8). Viene riempito un vettore con tutte le informazioni, a loro volta integrate con il modulo di comunicazione GPS, i dati ricavati vengono trasmessi via wi-fi al dispositivo di controllo intercettazioni. Il modulo di alimentazione swìtching, sia a rete che a batterie ricaricabili, rende il dispositivo radar autonomo. L '"end user" imposta la nostra APP nel suo Tablet (o Smartphone) e automaticamente vengono visualizzati i dati e le coordinate dell'oggetto rilevato nel campo volumetrico di osservazione. L'APP consente con la grafica geografica da noi elaborata con Google Maps, di visualizzare sul display del Tablet (o Smartphone) l'immagine dei supporto fìsso o mobile (o del veicolo) dove è posizionato il dispositivo radar e dell'oggetto rilevato che, se dinamico, viene inseguito nel movimento fino al massimo raggio di azione del radar, fornendo e aggiornando in reai time i dati di spostamento e di direzione dell'oggetto stesso (Figura 4). Il modulo giroscopico triassiale e bussola, controlla in automatico la posizione di osservazione rispetto all'applicativa richiesta, ottimizza la corretta inclinazione ed allineamento di funzionamento al variare deN'assetto dinamico del supporto (o veicolo) dove è stato installato il dispositivo radar, il quale può anche trasmettere i dati dell'oggetto intercettato, tramite cavo coassiale con connessione LAN a qualsiasi sistema in grado di ricevere ed elaborare i dati digitalizzati di rilevamento.

Una soluzione intelligente per ovviare agli inconvenienti presenti nei dispositivi rii sicurezza attualmente sul mercato (telecamere), con l'utilizzo di una Wireless Sensor Network, di Sensori Radar intelligenti con un elevato livello di configurabilità, resistenza fisica e da attacchi informatici.

l 'invenzione utilizza Sensori radar innovativi miniaturizzati, integrati a polarizzazione fissa ad alto guadagno (Figura IO) di antenne planari ad array attivi operative nella banda di frequenza 24 GHz|Figura 11). Il dispositivo Miniradar multifunzione lavora in gamma di frequenza K/Ka - max 40 GHz, frequenze con forte attenuazione del segnale, un fattore limitante per l'utilizzo, per contro consente di realizzare antenne con fasci estremamente stretti. Sensori radar multifunzione e multi-iink a microonde in grado di rilevare in modo semplice e rapida qualsiasi tipo di bersaglio nel sito da proteggere. Ogni Sensore radar funziona come un radar FMCW e nella configurazione più semplice integra un guadagno un fascio dì segnali RSLA (radiale Linea Slot Array) scansionatì tomograficamente su 360 in azimut senza movimento meccanico (Figura 6). Le antenne planari RSLA sono state tipicamente progettati utilizzando metallizzati doppio strato singoli substrati dielettrici, quindi inserzione. La polarizzazione lineare o circolare viene ottenuta attraversa una corretta distribuzione delle fessure sul conduttore radiante superiore. Il perno di alimentazione posizionato centralmente lancia un’onda cilindrica esteriore sostenuto dal piano di massa e la superficie radiante superiore. Per ottenere la polarizzazione l'unità elementare radiante della matrice è realizzata con una coppia di asole radianti disposti fisicamente a 90 gradì tra loro e ritardata elettricamente in fase od un quarto di lunghezza d'onda (Lambda / 4) sulla superficie superiore dell'antenna (Figura 5). Pertanto RLSA antenna è costituita da un gran numero di coppie di slot sintonizzati e gradualmente tra loro, al fine di ottenere un profilo di illuminazione specifico e alto guadagno con fascio di raggi con bassa polarizzazione incrociata. Sono stati progettati e prodotti vari RLSA operanti nella banda senza licenza da 24 GHz banda ISM, con differenti parametri di guadagno e larghezza del fascio, in grado di funzionare in tutti gli scenari possibili (Figura 7).

Più antenne compatte possono essere realizzate per il funzionamento anche nella banda 77 GHz. Le antenne planari RSLA sono state realizzate sia in forma cilindrica che rettangolare, a seconda dell'applicazione finale. Utilizzando un RSLA polarizzato circolare di 360 ° la capacità di scansione azimutale viene realizzata con un riflettore metallico leggero che ruota virtualmente attorno all'asse verticale, figura 6. questa soluzione semi-ottica massimizza la flessibilità del sensore radar. In sostanza è stato realizzato un complesso fascio elettronico commutato in antenna utilizzando matrici di permutazione lineari N disposti su una superficie cilindrica poliedrica (Figura 5).

Per ciascuna antenna il circuito elettronico è costituito da un radar front-end FMCW MMIC che integra un VCO, un mixer, un amplificatore a basso rumore e alcuni altri sottosistemi come un controllo di frequenza PLL e un DSP dedicato controlla e trasforma i segnali in frequenza attraverso la FFT (fast Fourier Transform) algoritmo e l'attuazione di metodi di classificazione basati ANA innovative (Figura 14). Le prestazioni di un sensore radar FMCW sono calcolate con una appropriata formula dell’equazione radar.

Con questa formula la portata massima del Radar Sezione Trasversale è stimata per avere 1 mq (uomo) »»5 mq (veicolo) »»33,25 mq (corner reflector) »»> 100 mq (Camion) illustrato in Figura 8.

La modalità di funzionamento MWB permette prestazioni migliori della gamma che la modalità di TNR con la stessa probabilità di falso allarme. Ogni matrice lineare è stata progettata per avere polarizzazione flessibile che amplificala capacità di classificazione del bersaglio e le prestazioni del radar in una vasta gamma di scenari. La Figura 9 illustra concettualmente un sito ipotetico in cui entrambe le modalità di funzionamento TNR e MWB sono impiegati per garantire una valutazione intelligente della minaccia di intrusione. Utilizzando i dispositivi Miniradar opportunamente disposti lungo la recinzione di confine del sito possono essere create un numero molto elevato dì barriere a microonde usando anche semplici riflettori d'angolo. L'area del sito può avere un contorno arbitrario, I Radar sensori e riflettori angolari possono essere situati anche all'interno della zona di protezione se sono presenti ostacoli statici all'interno dello scenario. Ogni linea connecting di un sensore radar con un riflettore rappresenta una barriera a microonde operante in modalità MWB, Fuori confine de! sito, la protezione viene ottenuta usando i Sensori Radar nel modo TNR classica con la capacità di scansione a raggio su 360 ° in azimut. Quindi si ottiene un'alta barriera a microonde ridondante, con una scansione tomografica del campo volumetrico alternata effettuata con un periodo pari ad un intervallo di 0,5 metri, con elaborazione simultanea dei segnali per rilevare, classificare c monitorare in tempo reale veicoli e individui che si avvicinano ai confini dei sito o penetrare in esso. La discriminazione del personale autorizzato dagli intrusi criminali o terroristiche si basa sull'utilizzo di portabili Transponder RFID attivi. Frequenza e polarizzazione flessibile sono utilizzati anche in modo dinamico per contrastare i disturbi elettromagnetici naturali o intenzionali che potrebbero ridurre la robustezza del sistema globale.

Miniaturizzati a basso costo i sensori inteliigenti radar permettono una sorveglianza di sicurezza automatica perimetrale per i grandi spazi aperti costantemente la scansione di oltre 360 gradi in azimut e fino a 200 metri di distanza. Una serie di sensori intelligenti radar sono integrati tra loro per realizzare un sistema completo di rilevazione multi-sensore di intrusione che permette un livello di protezione molto elevato in tutte le condizioni meteorologiche e di luminosità e robustezza alla informatica e attacchi fisici. L'invenzione del dispositivo radar è formato da tre parti fondamentali: la parte ad alta frequenza RF, la parte di elaborazione del segnale e dì trasmissione dati e la parte di alimentazione, sia da rete che con batterie ricarìcabifì. La parte RF comprende tra i vari componenti il chìpset radar pilotato da un altro chip, ii quale viene a sua volta comandato dal microcontrollore, è in grado di generare i vari tipi di segnali necessari al funzionamento del chipset radar. Il segnale modulante è un'onda triangolare che serve per misurare sia la velocità che la distanza. Il chipset restituisce in uscita due segnali, I e Q, fase e quadratura, che contengono le informazioni sugli oggetti intercettati dal radar oltre un residuo di segnale modulante. L'analogica comprende la parte di alimentazione e quella necessaria ad un primo trattamento del segnale da elaborare. Sono stati studiati circuiti per la stabilizzazione della tensione di alimentazione, la tipologia lineare e la tipologia switching. E’ stato applicato un circuito ad elevata efficienza, da un minimo di 85% ad un massimo di 93%, che consente di alimentare con tensioni in ingresso anche inferiori a quella necessaria in uscita, con notevole semplificazione nella gestione della ricarica degli accumulatori di energia. Il dispositivo è alimentato da accumulatori di energia tipo LI-PO da 3.7 V. Il circuito ha un regolatore switching di tipo step up, in grado di fornire in uscita 5V a partire dal voltaggio della batteria, che può variare da 4.2 V con la massima carica e scendere fino a 3V con la carica al minimo. Per limitare il rumore sull'alimentazione è stato realizzato un filtro particolare sull'uscita del chip regolatore, ottimizzato con una serie di test. Inoltre è presente un chip di regolazione carica e scarica degli accumulatori. L'altra parte analogica riguarda invece il filtraggio del segnale. Le due uscite della parte Rr, le uscite fase e quadratura I e Q, comprendano oltre all'informazione, il segnale modulante, che va eliminato per poter effettuare correttamente le elaborazioni necessarie sulla parte digitale. E' stato quindi inventato uno speciale filtro attivo composto da due stadi in cascata ottimizzato con un controllo software in base ai dati ricavati da una serie di test effettuati. Gli operazionali scelti sono a bassissimo rumore. La parte digitale è composta da diversi componenti. Il componente principale è il DSP a 32 bit integrato sulla scheda. Il concetto è stato quello di effettuare il campionamento simultaneo dei due segnali I e Q e successivamente la FFT tramite il DSP. Dai test effettuati il tempo per la FFT è di circa 40 ms. Nella scheda è presente la parte di comunicazione WI-FI, realizzata conmodulo e un chip. La comunicazione tra tale scheda e microcontrollore avviene tramite bus spi. Altro componente significativo è il microcontrollore a 8 bit, il quale ha il compito di collezionare i dati del GPS e di spedire il tutto tramite la scheda WI-FI al dispositivo Android. L'acquisizione è effettuata con due ADC 16 bit, che permettono l'acquisizione sincronizzata dei due canali I e Q di uscita della parte RF.Per la FFT è stata utilizzato un software dedicato su DSP. La prima fase è ii campionamento dei segnali I e Q., vengono campionati ad una frequenza di circa 700 KFIz. Le frequenze in gioco, dipendenti dalla distanza degli oggetti intercettati, vanno da una decina di KFIz per gli oggetti più vicini a circa 150 - 300 KHz per gli oggetti più distanti. La seconda fase è quella di elaborazione dei segnali campionati tra cui l’esecuzione della FFT, con dimensione 1024. Da ciò si deduce che si avranno 512 bin di frequenze. Ogni bersaglio colpito avrà quindi una frequenza corrispondente alla distanza, che viene ricavata tramite le formule note del radar con modulazione FMCW. Una volta ottenuta la FFT, il DSP esegue un serie di algoritmi dedicati sviluppati per la classificazione dei e catalogazione degli oggetti rilevati. Catalogati nel software sviluppato per la classificazione degli aggetti, viene riempito un vettore,con tutte le ìpf3⁄4mazioni che viene spedito via wi-fi al dispositivo di controllo delle intercettazioni.L'"end user” scarica la nostra APP sul suo Tablet [o Smartphone) avvia l'applicazione. Stabilita la connessione il dispositivoradar trasmette via wi-fì le informazioni e la tipologia dell'oggetto rilevato, le coordinate della sua posizione nel campo volumetrico di osservazione, se dinamico, la velocità di spostamento e la direzione. L'apparato di controllo e di gestione con sistema operativo android,interfacciato con il dispositivo radar visualizza l'area o la mappa sulla quale è segnalata la sua posizione e quella di eventuali intrusioni con le relative informazioni. Il dispositivo radar integra diversi moduli di connessione, di controllo e di trasmissione che rendono il dispositivo unico nei suo genere, essi sono: Il D5P, oltre ad effettuare l'elaborazione dei segnali 1 e Q, gestisce la programmazione del chipset del radar, configurandolo per il corretto funzionamento (tra cui la regolazione della potenza) e gestisce inoltre la configurazione del chip che si occupa della generazione dei segnali necessari alla modulazione FMCW. Nella scheda son presenti, come già detto in precedenza, due microcontrollori, con cpu a 8 bit che si occupano del controllo e gestione dei vari moduli e trasferisce le informazioni via WI-FI. Il dispositivo radar può essere montato in serie circolare su un supporto a forma di Torretta, per garantire una copertura fino a 360 posizionati su due file circolari, sfasate angolarmente tra loro come in figura 15. Si ottiene una pluralità di elementi trasmettitori e riceventi RF, autonomi e ìndipendenti, selezionabili e commutabili elettricamente in modo sequenziale per focalizzare l'area in sorveglianza. Se uno dei dispositivi radar intercetta la presenza di un oggetto intruso, calcola la distanza dali’oggetto e indica la sua posizione nell'area e fornisce le coordinate dell'oggetto rilevato. Questo per ottenere la sorveglianza di un'area definita con la rilevazione e prima localizzazione di oggetti (persone, veicoli, bagagli, armi, etc.) sequenzialmente con la fase di inseguimento, l'estrapolazione delia posizione dell'oggetto in istanti successivi in modo da realizzare un tracciamento (tracking) con stima della posizione e della velocità, compresa una prima classificazione ed identificazione dell'oggetto.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1)Dispositivo radar corto raggio, discriminazione segnali RF distanza massima 200 metri, tascabile, antenna planare integrata con il sistema di modulazione ed amplificazione dei segnali, l'elettronica di conversione digitale dei segnali in radiofrequenza integrata per interagire con tutti gli altri moduli: di alimentazione a batterie ricaricabili, elettronica di controllo automatico allineamento campo di osservazione con giroscopio e bussola, connessione GPS, trasmissione Wi-fi. Il dispositivo ha la capacità di rilevamento oggetti e trasmissione dati in radiofrequenza e digitali senza cavi, misura di distanza, posizione e velocità degli oggetti rilevati, statici e dinamici, anche in condizioni atmosferiche ed ambientali critiche.
2. 2) Dispositivo radar di trasmissione segnali senza cavi via wireless, ad un Tablet (o Smartphone) commerciale dotato di sistema Android. Una APP dedicata scaricabile da Play Store, per ricezione dei dati rilevati ai Tablet (o Smartphone), visualizzazione a display di grafica elaborata integrata con Google Maps, mappa geografica con posizione sia del Dispositivo radar che dell'aggetto rilevato (un veicolo presente nel campo di osservazione), con la distanza e le coordinate, se l'oggetto è dinamico anche la velocità e direzione. Il dispositivo funziona anche se installato all'interno di un veicolo, reso solidale al veicolo e posizionato, anche in modo grossolano, con la faccia anteriore (radome) rivolta verso la direzione che si intende controllare.
3. 3) Il dispositivo radar anche se non connesso ad un Tablet (o Smartphone) in presenza di un oggetto nel campo di osservazione emette una serie di allarmi per l'utente, ossia vocalmente avvisa l'intrusione o il rischio di collisione, vengono inoltre emessi altri segnali luminosi e sonori che aumentano di intensità se il rischio aumenta e l'utente non interviene.
4. 4) Il dispositivo radar è stato inventato per essere utilizzato dall'utente, non è collegabile ad altri apparati e non interviene senza l'ausilio dell'utente stesso. Qualora l'utente volesse applicare ì dati trasmessi dal dispositivo radar ad un sistema operativo di gestione, deve usare l'uscita per collegamento LAN. 5) il dispositivo radar inventato si presenta come in figura , di dimensioni 160x80x35mm, con un box termoplastico e un cover dell'antenna planare in materiale Radome di bassa attenuazione, ermeticamente chiuso, stagno IP67. All'interno del box ci sono: l'antenna planare intercambiabile, la scheda elettronica multistrato assemblata e le batterie di alimentazione. Nel corpo del box ci sono il pulsante ON/OFF, tre spie luminose, un altoparlante, l'uscita LAN, e il connettore di ricarica batterie. 6) L'invenzione di dispositivo rac dai sistemi radar oggi applicati n