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

Influence of defect pairs in Ga-based ordered defect compounds: a hybrid density functional study

In the present paper, density functional theory (DFT) based calculations have been performed to predict the stability, electronic, and optical properties of Ga-rich ordered defect compounds (ODCs). The calculated lattice constants, bulk modulus, their pressure derivatives, and optical constants show good agreement with available experimental data. The hybrid exchange correlations functional have been considered to calculate ground state total energy and energy band gap of the material. The calculated formation energy of ODCs comes smaller than pure CuGaSe2 (CGS). Our calculated optical absorption coefficients indicate that the energy band gap of ODCs can be tuned by changing the number of donor-acceptor defect pairs (2V(cu)(-), + Ga-cu(2+)). The band offset has been calculated to understand the reason of band gap alteration while the number of defect pair changes. Our results may be helpful for other experiments to further improve the performance of ODCs

Altered Mucins (MUC) trafficking in benign and malignant conditions.

Mucins are high molecular weight O-glycoproteins that are predominantly expressed at the apical surface of epithelial cells and have wide range of functions. The functional diversity is attributed to their structure that comprises of a peptide chain with unique domains and multiple carbohydrate moieties added during posttranslational modifications. Tumor cells aberrantly overexpress mucins, and thereby promote proliferation, differentiation, motility, invasion and metastasis. Along with their aberrant expression, accumulating evidence suggest the critical role of altered subcellular localization of mucins under pathological conditions due to altered endocytic processes. The mislocalization of mucins and their interactions result in change in the density and activity of important cell membrane proteins (like, receptor tyrosine kinases) to facilitate various signaling, which help cancer cells to proliferate, survive and progress to more aggressive phenotype. In this review article, we summarize studies on mucins trafficking and provide a perspective on its importance to pathological conditions and to answer critical questions including its use for therapeutic interventions

Prevalence and study of lipid abnormalities in nephrotic syndrome attending a tertiary hospital, Nepal

Background: The nephrotic syndrome is a common presentation of adult or pediatric kidney diseases characterized by proteinuria, dyslipidemia, edema and hypoalbuminemia. Mainly, two types of dyslipidemia are observed: elevated serum cholesterol alone (hypercholesterolemia) and elevation of serum cholesterol along with triglyceride (combined hyperlipidemia). Therefore, majority of patients could predispose for the development of coronary artery disease and other related complications.Methods: This was the prospective hospital-based study conducted in Tribhuvan University Teaching Hospital (TUTH), Nepal. Total sixty patients who meet the inclusive criteria were selected and enrolled from Nephrology outpatient department (OPD) and ward, attending from May 2009 till August 2010.Results: In this study, total sixty patients were enrolled who was diagnosis as primary nephrotic syndrome that was established by clinical parameters supported by renal biopsy. Minimal change glomerulonephritis was common diagnosis by renal biopsy followed by Focal segmental glomerulosclerosis (FSGS). The total serum cholesterol, TG and HDL was normal in 25%, 15%, 83.3% whereas, it is high among 75%,85% and 1.7% of the study populations. Similarly, 24hour urinary protein was >3.5gm/day in all patients. Total serum protein and albumin was normal in 18.3% and 8.3% respectively whereas, rest of the patients had low serum protein and albumin levels. TC/HDLc ratios were and among them, 70% had moderate to high risk value. Similarly, in this study, the serum cholesterol, TG and TC/HDL level was inversely correlated with low protein and albumin.Conclusions: Majority of patients have derangement of lipid profile among nephrotic syndrome patients, which could also predispose for the development of coronary artery disease

Motion Compensation for Accurate Position Estimation of Ground Moving Targets using the Multi-Channel Airborne System DBFSAR

The accurate estimation of the target’s position on the ground is a crucial step for air-based surveillance systems. For the particular case of radar systems with multiple receive channels, the target’s position on the ground can be accurate-ly obtained after estimating its direction-of-arrival (DOA) angle. The problem is that, in practice, the aircraft’s motion tilts the antenna array and introduces undesired phase differences among the receive channels. Consequently, the DOA angle estimation accuracy can be severely impacted. This paper presents a fast and robust algorithm for correcting the undesired phases differences introduced by the aircraft’s motion among the multiple receive channels. The proposed algorithm is tested and validated using simulated radar data as well as radar data acquired with the DLR’s new multi-channel airborne system digital beamforming SAR (DBFSAR)

On-board Processing Architecture of DLR's DBFSAR / V-SAR System

For real-time Synthetic Aperture Radar applications, data must be processed and sent to the ground station efficiently. This paper describes the processing architecture of DLR's DBFSAR system with the aim of presenting recent developments of on-board radar processing. It explains how the low level optimizations were conducted and under which conditions their integration in the SAR imaging process and maritime moving target indication leads to real-time capability