Signalbehandling – möjliggöraren i smart teknik

Signalbehandling är möjliggörare i smarta städer och självkörande fordon, utveckling av pacemakrar och hörapparater, automatisk bildförbättring, kartering av jordytan, väderprognoser och klimatmodeller. Även Venus höjdskillnader har kartlagts. 

Mattias Dahl är professor i systemteknik och Mats Pettersson är professor i elektroteknik. Båda arbetar med systemteknik vid BTH och med det angränsande ämnet signalbehandling.

– Våra partner kan till exempel göra mätningar med radar och optiska sensorer från fordon, satelliter, drönare och flygplan. Vi tar emot data och bygger metoder för att generera bilder från råmaterialet, och för att extrahera specifik information i det, säger Mats Pettersson.

Mattias Dahl tillägger att signalbehandling och BTH:s forskning även ligger mitt i området självlärande system, det vill säga artificiell intelligens och dess matematik och statistik.

– Många av de analyser som artificiell intelligens, AI, idag kan göra är alltså något som forskningen inom signalbehandling står för.

I nästan alla informationstekniska framsteg ingår behandling av information från sensorer till människa.

– Från en ström av information vill man få ut relevant information för sammanhanget. Ta bort brus och överflöd men framhäva det önskvärda. Med signalbehandling kan vi nu göra det i allt högre upplösning och allt djupare lager, säger Mattias Dahl.
 
Hjärtan och väder 
Med ökad beräkningskraft och bandbredd skapas många nya tillämpningar inom ett brett spektrum, från fordonsteknik och industri till hälsovård och energiteknik.

– Det skulle till exempel vara fullt möjligt att mäta hjärtfrekvens hos boende med radar i en byggnad istället för att använda kameror för övervakning, något som kan vara integritetskränkande, berättar Mats Pettersson.

Väderprognoser är ett stort utvecklingsområde för tillämpad signalbehandling. Ett annat klimatrelaterat område som Mats Pettersson länge arbetat med är att möjliggöra jämförande studier av istäcket i Arktis.

Hamnar och fordon 
I ett europeiskt projekt var BTH med och kartlade hamnar med hjälp av radarmätningar. Både inom smarta hamnar och smarta städer finns gott om utmaningar som inbegriper signalbehandling.

– För en svensk hamn hade vi till exempel i uppdrag att följa fordon under dygnet på en stor parkeringsyta. Resultaten ledde till att de kunde planera om ytan och använda den mer effektivt istället för att bygga ut den, säger Mattias Dahl.

Mattias Dahl berättar också om mätningar av fordonsrörelser på det svenska vägnätet. BTH har varit med och tagit fram en metod för mätning från satellit över stora områden, med beräkningar för att filtrera ut fordon av en viss storlek, se medelhastighet, längd med mera.

Upptäcktsresa på nytt frekvensband 
Med högre bandbredd i nytt frekvensområde, THz-bandet, via 5G och 6G kan mer detaljer och andra material detekteras.

– I det optiska infraröda frekvensbandet kan man till exempel se i mörker och med röntgen ser man in i material. Radar på terrahertzfrekvenser har dessa egenskaper men bandet är relativt outforskat, man vet bara delvis vad man kan se. Förhoppningen är att man kan se egenskaper som är viktiga för tillverkningsindustri som till exempel ytjämnhet, säger Mats Pettersson.

När det byggs sändare och mottagare för 5G och 6G är det alltså högintressant för många fler än aktörerna inom telekomindustrin. Forskning och utveckling inom signalbehandling handlar mycket om att ta vara på ökade möjligheter och undersöka vad man kan göra med dem.

– Det finns många nya satellitsystem kring vår planet och det är intressant att vara med och ta reda på vad de klarar av och hur det kan nyttiggöras i olika applikationer, säger Mats Pettersson.

Samhällsnytta 
I samarbete med Region Blekinge har BTH deltagit i många samhällsrelaterade projekt. Mathias Roos, som arbetat med infrastrukturfrågor i regionen, berättar att de stora möjligheterna överraskade honom i samarbetet med BTH. En av hans frågor var hur radardata från satelliter kan bidra till att följa upp regionala beslut.

– I kontakter med internationella kollegor märkte jag att alla har samma behov av djupa och jämförbara analyser av långsiktiga förändringar, då var det naturligt för oss att koppla in BTH. Där finns kombinationen av kunskap om beprövad radarteknik och avancerade matematiska analysmetoder, säger Mathias Roos.

Han ser många användbara analysområden med hjälp av radarmätningar från satellit.

– Det visade sig vara mycket effektivt. Fördjupade jämförelser av trafikflöden innan och efter en investering, som till exempel dubbelspår på järnväg eller en ny vägsträcka, ger tydliga och säkra svar på om syftet uppfyllts, säger Mathias Roos.

Alla forskningsartiklar

11 januari 2021