Analisi e mitigazione delle interferenze nei radargrammi MARSIS: un approccio basato su tecniche di computer vision

MARSIS è un radar montato a bordo della sonda Mars Express. Il suo obiettivo principale è mappare la distribuzione dell’acqua, sia in forma liquida che solida, nel sottosuolo marziano. I dati sono stati acquisiti trasmettendo segnali centrati a 1,8, 3, 4, o 5 MHz, ciascuno con una larghezza di banda di 1 MHz. I dati grezzi prodotti dal radar, corrispondenti a una singola orbita, consistono in una matrice di echi, in cui le colonne rappresentano i singoli echi. Se necessario, una quantità ridotta di dati può essere salvata in una memoria flash e inviata sulla Terra ancora in forma grezza, dove viene elaborata. Tuttavia, i dati, sia grezzi che elaborati, sono influenzati da varie sorgenti di rumore. Si è ipotizzato che, una volta proiettata la matrice degli echi nello spazio delle frequenze di Fourier tramite una trasformata bidimensionale, gli effetti descritti sopra diventino più facilmente riconoscibili e separabili. Il risultato è una rappresentazione che chiameremo “diagramma Doppler–frequenza.” Dopo aver esaminato un grande numero di campioni, sono stati classificati tre principali tipi di interferenza, ciascuno con il proprio aspetto caratteristico, mentre è stato osservato che la parte utile del segnale è concentrata in una banda verticale molto stretta che, nei dati grezzi, si allinea lungo la frequenza Doppler causata dal moto verticale della sonda. Si ipotizza che possa essere possibile utilizzare tecniche di computer vision per identificare automaticamente l’interferenza al fine di creare un catalogo sistematico, facilitando l’analisi statistica. Gli algoritmi sono stati sviluppati in Python utilizzando la libreria OpenCV. L’algoritmo YOLO (You Only Look Once) è stato testato per l’identificazione dell’ultimo tipo. La seconda parte del lavoro si è concentrata sul filtraggio dei dati elaborati utilizzando criteri statistici basati sui valori mediani delle colonne del diagramma Doppler–frequenza.