Elaborazione del segnale sonar

Numero totale ore di lezione: 80

CFU: 8

Obiettivi del corso:

Gli obiettivi formativi del corso sono quelli di fornire le basi analitiche per lo studio del segnale sonar e della sua elaborazione, al fine di estrarre informazioni utili relative alla presenza e alla localizzazione di oggetti in ambiente sottomarino Gli argomenti trattati riguardano la teoria, i principi e le limitazioni delle moderne tecniche di trattamento del segnale sonar sia per sistemi attivi che passivi.

Programma di massima:
  • INTRODUZIONE ALL’ELABORAZIONE DEL SEGNALE SONAR: cenni ai sistemi sonar e alle tipologie di elaborazione del segnale presenti nei sistemi sonar; richiami ai concetti base della teoria dei processi aleatori.
  • BEAMFORMING CONVENZIONALE E ARRAY PROCESSING DEL SEGNALE SONAR: array e filtri spaziali; caratterizzazione di segnali spazio-temporali; modelli statistici del segnale e dell’interferenza; stima dello spettro spaziale; classificazione delle tecniche di stima spettrale; stima della direzione di arrivo; beamforming nel dominio temporale e frequenziale; beamforming di segnali a banda larga; beamforming adattivi basati sul concetto dei minimi quadrati; implementazione efficiente del metodo del beamforming; prestazioni e capacità di risoluzione.
  • CONCETTI AVANZATI DI TEORIA DELLA DECISIONE: test con ipotesi composte; test a rapporto di verosimiglianza generalizzato; rivelatore del tipo matched subspace e matched field; stima del numero di sorgenti mediante metodi ITC e test sequenziali; analisi delle prestazioni.
  • TECNICHE DI RIVELAZIONE E STIMA PER SONAR PASSIVI: modelli statistici del segnale e del rumore; rivelazione ottima; test d’ipotesi; rivelatore per segnali a larga banda per array ULA; rivelatore per segnali a banda stretta; rivelatore a modulazione; stima dei parametri del segnale sonar; stima del ritardo e dalla direzione di arrivo; limite di Cramér-Rao; stima di segnali a banda stretta e a banda larga; stimatore a cella di ritardo; implementazione pratica di rivelatori e stimatori ottimi; beamforming focalizzato.
  • TECNICHE DI RIVELAZIONE E STIMA PER SONAR ATTIVI: modelli statistici del canale di propagazione; definizione della forma d’onda di trasmissione; funzione di ambiguità; elaborazione di tipo range-Doppler-shift; diagramma a blocchi di un elaboratore sonar attivo.
  • ARRAY PROCESSING A SUPERRISOLUZIONE: beamforning adattivo; algoritmi basati sui sottospazi (MUSIC, ESPRIT); stima del segnale sonar in presenza di cammini multipli; canali riverberanti e canali dispersivi. Analisi delle prestazioni.
Testi di riferimento:
  • R.O. Nielsen, Sonar Signal Processing, Artech House, Boston, 1991.
  • P. S. Naidu, Sensor Array Signal Processing, CRC Press, 2001.
  • Materiale fornito dai docenti.