Technological contributions to imaging radars in the millimeter-wave band

García Rial, Federico Antonio (2019). Technological contributions to imaging radars in the millimeter-wave band. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57233.

Description

Title: Technological contributions to imaging radars in the millimeter-wave band
Author/s:
  • García Rial, Federico Antonio
Contributor/s:
  • Grajal de la Fuente, Jesús
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Detección de amenazas ocultas; radar de imagen; ondas milimétricas; ondas submilimétricas; Terahercios = Concealed weapon detection; imaging radar; millimeter-wave; submillimeter-wave; terahertz
Faculty: E.T.S.I. Telecomunicación (UPM)
Department: Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Investigaciones recientes en la banda de frecuencias de ondas milimétricas y submilimétricas han impulsado la madurez de sus tecnologías hasta un nivel donde componentes de radiofrecuencia comerciales e integrados ya están disponibles. Debido a este desarrollo las aplicaciones fundamentales de estas bandas de frecuencia (como la espectroscopia, la radioastronomía, y las comunicaciones inalámbricas) se han beneficiado de un rendimiento en incremento, por una fracción del coste habitual. Este es también el caso de las aplicaciones de imagen, como la detección de amenazas ocultas, que está progresivamente convirtiéndose en una alternativa viable a las inspecciones de seguridad tradicionales. Sin embargo, aún es necesario cierto progreso tecnológico para que las aplicaciones de seguridad basadas en imágenes en este rango de frecuencias alcancen su potencial completo, especialmente en áreas tan críticas y diversas como el coste de componentes, el consumo, la velocidad de refresco de imágenes, o las preocupaciones por privacidad. La meta principal de esta tésis doctoral se puede encontrar dentro de este marco, y es desarrollar las mejoras y soluciones tecnológicas necesarias para elevar el rendimiento de los radares de imagen para seguridad en las bandas de milimétricas y submilimétricas. Este objetivo se ha cumplido para dos sistemas radar en particular: un sistema activo a 300 GHz (desarrollado previamente a esta tesis), y un sistema híbrido usando sensores activos y pasivos a 122 GHz y 94 GHz, respectivamente. Durante el desarrollo, se ha puesto un énfasis especial en alcanzar los resultados deseados mediante el uso de componentes comercialmente disponibles, en un esfuerzo por verdaderamente proporcionar una alternativa viable. Aunque ambos sistemas están pensados para las inspecciones de seguridad, sus arquitecturas de radiofrecuencia y procesado presentan varias diferencias según sus requisitos operacionales. Además de en su función de seguridad, ambos sistemas se han probado en otras aplicaciones, como la detección remota de señales vitales. Esta tésis se ha llevado a cabo completamente en el Grupo de Microondas y Radar de la Universidad Politécnica de Madrid, y se divide en dos partes principales. La primera mitad trata sobre las mejoras realizadas al sistema de imagen a 300 GHz, incluyendo una arquitectura de procesado de señal e imagen en tiempo real y las pruebas iniciales de una configuración multiestática. La segunda mitad se centra en el desarrollo del sistema de imagen híbrido a 122 GHz y 94 GHz, detallando las caracterizaciones individuales de los sensores, su rendimiento simultáneo, y una técnica de fusión de imágenes para presentar los datos capturados. En cada sección, se estudian y detallan acciones de mejora pendientes para futuro trabajo e investigación. ----------ABSTRACT---------- Recent research in the millimeter- and submillimeter-wave frequency bands has driven the maturity of its technologies to a level where integrated and commercial radiofrequency components are now readily available. Due to this development the fundamental applications of these frequency bands (like spectroscopy, radioastronomy, and wireless commnunication) have benefited from increasing performance, at a fraction of the cost. This is also the case for imaging applications, such as concealed weapon detection, which is progressively becoming a viable alternative to traditional security screenings. Nonetheless, some technological progress is still needed for security imaging in this frequency range to fully reach its potential, specially regarding critical and diverse areas such as component cost, power consumption, imaging speed, or privacy concerns. The main goal of this Ph.D. thesis can be found within this framework, and it is to develop those technological improvements and solutions necessary to enhance the performance of security imaging radars in the millimeter- and submillimeter-wave bands. This objective has been accomplished in two particular radar systems: an active imager at 300 GHz (developed previously to the start of this thesis), and a hybrid system using active and passive sensors at 122 GHz and 94 GHz, respectively. Throughout the development, a special emphasis is placed on achieving the desired results with the use of commercially-available components, in an effort to truly provide a viable alternative. Although both systems are meant for security screening purposes, their radiofrequency and processing architectures present various differences according to their operational requirements. In addition to their security-related function, both systems have also been employed in other applications, such as vital sign monitoring. The thesis has been entirely carried out at the Grupo de Microondas y Radar of the Universidad Politécnica de Madrid, and is divided into two main parts. The first half deals with the improvements made to the 300 GHz imaging system, including a real-time signal and image processing architecture and the initial tests of a multistatic configuration. The second half is focused on the development of the hybrid imager at 122 GHz and 94 GHz, detailing individual sensor characterizations, simultaneous performance, and an image fusion technique to present the captured data. In each section, pending improvement actions are also studied and described for future research and work.

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Item ID: 57233
DC Identifier: http://oa.upm.es/57233/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57233
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57233
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 18 Nov 2019 08:35
Last Modified: 18 May 2020 22:30
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