Drone Polarimetric Synthetic Aperture Radar tự chế

Drone radar khẩu độ tổng hợp phân cực tự chế

Giới thiệu

• Tác giả đã chế tạo nhiều radar thủ công và tiến hành thử nghiệm chụp ảnh khẩu độ tổng hợp trên mặt đất.
• Tác giả muốn gắn radar lên drone để thu ảnh khẩu độ tổng hợp từ trên không.
• Trước đây, giá drone cỡ trung khá cao, nhưng gần đây giá drone FPV sản xuất tại Trung Quốc đã giảm mạnh.
• Tác giả đã mua một bộ kit FPV 7 inch giá rẻ từ Trung Quốc và một mô-đun GPS+kỹ bàn nhỏ để tạo ra một hệ thống radar khẩu độ tổng hợp hạng nhẹ.

Chụp ảnh khẩu độ tổng hợp

• Radar một kênh chỉ có thể đo khoảng cách đến mục tiêu và không thể phát hiện góc.
• Khi nhiều kênh thu được sắp xếp tuyến tính, tín hiệu sẽ đi quãng đường hơi khác nhau tùy theo góc của mục tiêu, tạo ra thay đổi pha.
• Radar khẩu độ tổng hợp có thể gắn radar một kênh lên drone để đo trong lúc bay, từ đó tạo ra một khẩu độ tổng hợp lớn mang lại độ phân giải góc rất cao.

Thiết kế radar

• Mục tiêu thiết kế radar là phù hợp với drone FPV và đạt hiệu năng chụp ảnh tốt nhất với ngân sách tối thiểu (<500 EUR).
• Kích thước nhỏ của drone làm giới hạn kích thước tối đa của radar.
• Có nhiều kiến trúc radar khác nhau, và radar FMCW phù hợp với tầm ngắn cùng các nền tảng di chuyển chậm.

Thiết kế RF

• Radar FMCW có thể sử dụng đồng thời anten phát và anten thu, giúp cải thiện tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR).
• Có công tắc phân cực cho phép chọn phân cực của anten phát và anten thu.
• Có thể tính công suất thu bằng cách xét công suất phát, độ lợi anten, bước sóng, tiết diện phản xạ radar của mục tiêu, khoảng cách và các yếu tố khác.

Link budget

• Công suất thu được tính dựa trên công suất phát, độ lợi anten, bước sóng, tiết diện phản xạ radar của mục tiêu, khoảng cách và các yếu tố khác.
• Khẩu độ tổng hợp được hình thành bằng cách phát nhiều xung trong khi di chuyển, giúp tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu.

Tần số lặp xung

• Việc tạo ảnh radar dựa trên thông tin pha của tín hiệu thu.
• Cần bảo đảm chênh lệch pha tối đa không vượt quá 180 độ; điều này có thể xảy ra khi khoảng cách giữa các lần đo lớn hơn 1/4 bước sóng.

Tần số lấy mẫu ADC cần thiết

• Radar FMCW trộn tín hiệu thu với bản sao của sweep phát để tạo ra tín hiệu hình sin ở đầu ra của mixer.
• Có thể tính tốc độ lấy mẫu ADC cần thiết dựa trên khoảng cách mục tiêu tối đa và băng thông RF.

FPGA

• FPGA là cần thiết để xử lý lượng dữ liệu lớn và các yêu cầu định thời nghiêm ngặt của việc tạo sweep.
• Sử dụng FPGA Zynq 7020 để kết hợp FPGA fabric với bộ xử lý ARM lõi kép.

PCB

• PCB được thiết kế 6 lớp và nhỏ nhất có thể.
• Được thiết kế để có thể kết nối trực tiếp với pin của drone.

Thiết bị điện tử của drone

• Bộ điều khiển bay đi kèm trong kit drone là Speedybee F405 V3.
• Sử dụng phần mềm ArduPilot để hỗ trợ bay tự động.

Anten

• Độ rộng búp sóng của anten càng lớn thì độ phân giải của ảnh SAR càng được cải thiện.
• Với drone SAR, kích thước anten bị giới hạn nên khó gắn anten lớn lên drone.
• Sử dụng anten patch xếp chồng để cung cấp phân cực kép, băng thông rộng và độ lợi cao.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Gần đây giá của các drone FPV cỡ nhỏ đã giảm mạnh. Ở Trung Quốc, có thể mua quadcopter cánh quạt 5 inch và 7 inch với giá khoảng 100 euro, chưa bao gồm pin và bộ điều khiển RC

  • Dù kích thước nhỏ, chúng vẫn có thể nâng tải hơn khoảng 1kg, đủ cho radar cỡ nhỏ
  • Lý do giá giảm là vì Trung Quốc đang bán số lượng lớn cho cả hai bên ở Ukraine. Trung Quốc hưởng lợi từ hiệu quả kinh tế theo quy mô, còn Nga và Ukraine mỗi tháng tiêu hao khoảng 100.000 drone. Hầu hết linh kiện đều được cung ứng từ Trung Quốc

• Với tư cách là một người thích tự làm, tôi rất khâm phục mức độ Henrik đã triển khai tốt những phần phức tạp như xử lý tín hiệu, phần cứng, tăng tốc GPU và tối ưu thuật toán. Giá mà cộng đồng HN có một giải thưởng cho những thành tựu đáng kinh ngạc như thế này

• Đây là lần đầu tôi thấy thuật toán SAR được giải thích. Những dự án SAR tôi từng xem trước đây đều lướt qua phần này

  • Không biết có ai đã xem những tài liệu khác chưa. Tôi định cố tiêu hóa bài báo được liên kết
  • Có vẻ có thể giải quyết khá nhiều vấn đề vị trí bằng tự động lấy nét. Đây cũng là lần đầu tôi thấy điều này

• Tôi đã xem rất nhiều ảnh SAR từ các hệ thống đắt tiền hơn nhiều, nhưng chưa từng thấy ảnh nào đẹp đến mức này. Thật sự là một công trình đáng kinh ngạc

• Chỉ upvote thôi không đủ để thể hiện hết giá trị của công trình này. Bài viết thật sự tuyệt vời. Xin cảm ơn

• Đây là lý do tôi đọc HackerNews

  • Mỗi tháng lại có một bài viết mới giúp tôi cải tiến hệ thống phòng thủ tên lửa ở ngoại ô, đồng thời đảm bảo hàng xóm không dắt chó lên bãi cỏ nhà tôi
  • Việc lập bản đồ địa hình khu hàng xóm để tên lửa của tôi tìm đúng tội phạm luôn là một thách thức. Giờ thì tôi có thể dùng drone
  • Đây là hệ thống phòng thủ có tên lửa, chứ không phải hệ thống phòng thủ chống tên lửa. Cái kia thì ngớ ngẩn

• Dự án thật sự đáng kinh ngạc. Đây là sự tổng hợp xuất sắc của công nghệ để tạo ra một dự án tuyệt vời. Rất khâm phục

• Nếu cần ăng-ten 100 mét, liệu có thể dùng nhiều drone để xấp xỉ nó bằng cách điều chỉnh một quỹ đạo parabol 100 mét không?

• Dự án này có thể nhìn thấy lính Nga đứng sau cây ngay cả vào ban đêm

  • Chẳng bao lâu nữa drone Trung Quốc sẽ có thể tấn công các thành phố châu Âu và săn lùng dân thường 24/7 sao?

• Dự án và kết quả thật sự rất ấn tượng. Cảm ơn vì đã chia sẻ trên HN