Synchronization in OFDM communication systems

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Maritime Moving Target Detection, Tracking and Geocoding Using Range-Compressed Airborne Radar Data

Eine regelmäßige und großflächige überwachung des Schiffsverkehrs gewinnt zunehmend an Bedeutung, vor allem auch um maritime Gefahrenlagen und illegale Aktivitäten rechtzeitig zu erkennen. Heutzutage werden dafür überwiegend das automatische Identifikationssystem (AIS) und stationäre Radarstationen an den Küsten eingesetzt. Luft- und weltraumgestützte Radarsensoren, die unabhängig vom Wetter und Tageslicht Daten liefern, können die vorgenannten Systeme sehr gut ergänzen. So können sie beispielsweise Schiffe detektieren, die nicht mit AIS-Transpondern ausgestattet sind oder die sich außerhalb der Reichweite der stationären AIS- und Radarstationen befinden. Luftgestützte Radarsensoren ermöglichen eine quasi-kontinuierliche Beobachtung von räumlich begrenzten Gebieten. Im Gegensatz dazu bieten weltraumgestützte Radare eine große räumliche Abdeckung, haben aber den Nachteil einer geringeren temporalen Abdeckung. In dieser Dissertation wird ein umfassendes Konzept für die Verarbeitung von Radardaten für die Schiffsverkehr-überwachung mit luftgestützten Radarsensoren vorgestellt. Die Hauptkomponenten dieses Konzepts sind die Detektion, das Tracking, die Geokodierung, die Bildgebung und die Fusion mit AIS-Daten. Im Rahmen der Dissertation wurden neuartige Algorithmen für die ersten drei Komponenten entwickelt. Die Algorithmen sind so aufgebaut, dass sie sich prinzipiell für zukünftige Echtzeitanwendungen eignen, die eine Verarbeitung an Bord der Radarplattform erfordern. Darüber hinaus eignen sich die Algorithmen auch für beliebige, nicht-lineare Flugpfade der Radarplattform. Sie sind auch robust gegenüber Lagewinkeländerungen, die während der Datenerfassung aufgrund von Luftturbulenzen jederzeit auftreten können. Die für die Untersuchungen verwendeten Daten sind ausschließlich entfernungskomprimierte Radardaten. Da das Signal-Rausch-Verhältnis von Flugzeugradar-Daten im Allgemeinen sehr hoch ist, benötigen die neuentwickelten Algorithmen keine vollständig fokussierten Radarbilder. Dies reduziert die Gesamtverarbeitungszeit erheblich und ebnet den Weg für zukünftige Echtzeitanwendungen. Der entwickelte neuartige Schiffsdetektor arbeitet direkt im Entfernungs-Doppler-Bereich mit sehr kurzen kohärenten Verarbeitungsintervallen (CPIs) der entfernungskomprimierten Radardaten. Aufgrund der sehr kurzen CPIs werden die detektierten Ziele im Dopplerbereich fokussiert abgebildet. Wenn sich die Schiffe zusätzlich mit einer bestimmten Radialgeschwindigkeit bewegen, werden ihre Signale aus dem Clutter-Bereich hinausgeschoben. Dies erhöht das Verhältnis von Signal- zu Clutter-Energie und verbessert somit die Detektierbarkeit. Die Genauigkeit der Detektion hängt stark von der Qualität der von der Meeresoberfläche rückgestreuten Radardaten ab, die für die Schätzung der Clutter-Statistik verwendet werden. Diese wird benötigt, um einen Detektions-Schwellenwert für eine konstante Fehlalarmrate (CFAR) abzuleiten und die Anzahl der Fehlalarme niedrig zu halten. Daher umfasst der vorgeschlagene Detektor auch eine neuartige Methode zur automatischen Extraktion von Trainingsdaten für die Statistikschätzung sowie geeignete Ozean-Clutter-Modelle. Da es sich bei Schiffen um ausgedehnte Ziele handelt, die in hochauflösenden Radardaten mehr als eine Auflösungszelle belegen, werden nach der Detektion mehrere von einem Ziel stammende Pixel zu einem physischen Objekten zusammengefasst, das dann in aufeinanderfolgenden CPIs mit Hilfe eines Bewegungsmodells und eines neuen Mehrzielverfolgungs-Algorithmus (Multi-Target Tracking) getrackt wird. Während des Trackings werden falsche Zielspuren und Geisterzielspuren automatisch erkannt und durch ein leistungsfähiges datenbankbasiertes Track-Management-System terminiert. Die Zielspuren im Entfernungs-Doppler-Bereich werden geokodiert bzw. auf den Boden projiziert, nachdem die Einfallswinkel (DOA) aller Track-Punkte geschätzt wurden. Es werden verschiedene Methoden zur Schätzung der DOA-Winkel für ausgedehnte Ziele vorgeschlagen und anhand von echten Radardaten, die Signale von echten Schiffen beinhalten, bewertet

Snapshot hyperspectral imaging : near-infrared image replicating imaging spectrometer and achromatisation of Wollaston prisms

Conventional hyperspectral imaging (HSI) techniques are time-sequential and rely on temporal scanning to capture hyperspectral images. This temporal constraint can limit the application of HSI to static scenes and platforms, where transient and dynamic events are not expected during data capture. The Near-Infrared Image Replicating Imaging Spectrometer (N-IRIS) sensor described in this thesis enables snapshot HSI in the short-wave infrared (SWIR), without the requirement for scanning and operates without rejection in polarised light. It operates in eight wavebands from 1.1μm to 1.7μm with a 2.0° diagonal field-of-view. N-IRIS produces spectral images directly, without the need for prior topographic or image reconstruction. Additional benefits include compactness, robustness, static operation, lower processing overheads, higher signal-to-noise ratio and higher optical throughput with respect to other HSI snapshot sensors generally. This thesis covers the IRIS design process from theoretical concepts to quantitative modelling, culminating in the N-IRIS prototype designed for SWIR imaging. This effort formed the logical step in advancing from peer efforts, which focussed upon the visible wavelengths. After acceptance testing to verify optical parameters, empirical laboratory trials were carried out. This testing focussed on discriminating between common materials within a controlled environment as proof-of-concept. Significance tests were used to provide an initial test of N-IRIS capability in distinguishing materials with respect to using a conventional SWIR broadband sensor. Motivated by the design and assembly of a cost-effective visible IRIS, an innovative solution was developed for the problem of chromatic variation in the splitting angle (CVSA) of Wollaston prisms. CVSA introduces spectral blurring of images. Analytical theory is presented and is illustrated with an example N-IRIS application where a sixfold reduction in dispersion is achieved for wavelengths in the region 400nm to 1.7μm, although the principle is applicable from ultraviolet to thermal-IR wavelengths. Experimental proof of concept is demonstrated and the spectral smearing of an achromatised N-IRIS is shown to be reduced by an order of magnitude. These achromatised prisms can provide benefits to areas beyond hyperspectral imaging, such as microscopy, laser pulse control and spectrometry

Aeronautical engineering: A continuing bibliography with indexes (supplement 211)

A continuing bibliography (NASA SP-7037) lists 519 reports, journal articles and other documents originally announced in February 1987 in Scientific and Technical Aerospace Reports (STAR) or in the International Aerospace Abstracts (IAA). The coverage includes documents on the engineering and theoretical aspect of design, construction, evaluation, testing, operation, and performance of aircraft (including aircraft engines) and associated components, equipment, and systems. It also includes research and development in aerodynamics, aeronautics, and ground support equipment for aeronautical vehicles. Each entry in the bibliography consists of a standard bibliographic citation accompanied in most cases by an abstract. The listing of the entries is arranged by the first nine STAR specific categories and the remaining STAR major categories. The arrangement offers the user the most advantageous breakdown for individual objectives. The citations include the original accession numbers from the respective announcement journals. The IAA items will precede the STAR items within each category. Seven indexes entitled subject, personal author, corporate source, foreign technology, contract number, report number, and accession number are included

Colour morphological sieves for scale-space image processing

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Connected Attribute Filtering Based on Contour Smoothness

A new attribute measuring the contour smoothness of 2-D objects is presented in the context of morphological attribute filtering. The attribute is based on the ratio of the circularity and non-compactness, and has a maximum of 1 for a perfect circle. It decreases as the object boundary becomes irregular. Computation on hierarchical image representation structures relies on five auxiliary data members and is rapid. Contour smoothness is a suitable descriptor for detecting and discriminating man-made structures from other image features. An example is demonstrated on a very-high-resolution satellite image using connected pattern spectra and the switchboard platform