Dron de radar de apertura sintética polarimétrico hecho en casa

Dron SAR polarimétrico hecho en casa

Introducción

• El autor ha construido varios radares caseros y ha realizado pruebas de imagen de apertura sintética desde tierra.
• Quería montar un radar en un dron para capturar imágenes de apertura sintética desde el aire.
• En el pasado, los drones medianos eran caros, pero recientemente el precio de los drones FPV chinos ha bajado mucho.
• El autor compró un kit FPV chino económico de 7 pulgadas y un pequeño módulo GPS+brújula para crear un sistema ligero de radar de apertura sintética.

Imagen de apertura sintética

• Un radar de un solo canal solo puede medir la distancia al objetivo y no puede detectar el ángulo.
• Si se organizan varios canales de recepción en línea, la señal recorre distancias ligeramente distintas según el ángulo del objetivo, lo que provoca cambios de fase.
• Un radar de apertura sintética puede montar un radar de un solo canal en un dron, realizar mediciones durante el vuelo y generar una gran apertura sintética que ofrece una excelente resolución angular.

Diseño del radar

• El objetivo del diseño del radar es que quepa en un dron FPV y obtener el mejor rendimiento de imagen con un presupuesto mínimo (<500 EUR).
• Como el dron es pequeño, el tamaño máximo del radar está limitado.
• Existen varias arquitecturas de radar, y el radar FMCW es conveniente para distancias cortas y plataformas que se mueven lentamente.

Diseño de RF

• El radar FMCW puede usar antenas de transmisión y recepción al mismo tiempo, lo que mejora la relación señal-ruido (SNR).
• Hay un interruptor de polarización que permite elegir la polarización de las antenas transmisora y receptora.
• La potencia recibida puede calcularse considerando la potencia de transmisión, la ganancia de la antena, la longitud de onda, la sección eficaz de radar del objetivo, la distancia y otros factores.

Presupuesto de enlace

• La potencia recibida se calcula considerando la potencia de transmisión, la ganancia de la antena, la longitud de onda, la sección eficaz de radar del objetivo, la distancia y otros factores.
• La apertura sintética se forma transmitiendo múltiples pulsos mientras el sistema se desplaza, lo que aumenta la relación señal-ruido.

Frecuencia de repetición de pulsos

• La formación de imágenes de radar se basa en la información de fase de la señal recibida.
• Debe evitarse que la diferencia máxima de fase supere los 180 grados, algo que puede ocurrir cuando el intervalo entre mediciones es mayor que 1/4 de la longitud de onda.

Frecuencia de muestreo ADC necesaria

• El radar FMCW mezcla la señal recibida con una copia del barrido transmitido para generar una señal sinusoidal en la salida del mezclador.
• La velocidad de muestreo ADC necesaria puede calcularse según la distancia máxima al objetivo y el ancho de banda de RF.

FPGA

• Se necesita un FPGA para manejar la cantidad de datos y los estrictos requisitos de temporización en la generación de barridos.
• Se usa un FPGA Zynq 7020 que combina lógica programable con un procesador ARM de doble núcleo.

PCB

• La PCB fue diseñada con 6 capas y de un tamaño lo más pequeño posible.
• Está diseñada para conectarse directamente a la batería del dron.

Electrónica del dron

• El controlador de vuelo incluido en el kit del dron es el Speedybee F405 V3.
• Usa el software ArduPilot para permitir vuelo autónomo.

Antena

• Cuanto más ancho sea el haz de la antena, mejor será la resolución de la imagen SAR.
• En un SAR para dron, el tamaño de la antena está restringido, por lo que es difícil montar una antena grande en el dron.
• Se usa una antena patch apilada para ofrecer polarización dual, amplio ancho de banda y alta ganancia.

[GN⁺]

Comentarios de Hacker News

• Recientemente ha bajado mucho el precio de los drones FPV pequeños. En China se puede comprar un cuadricóptero con hélices de 5 y 7 pulgadas por unos 100 euros, sin incluir la batería ni el controlador RC

  • A pesar de su tamaño pequeño, puede levantar una carga de más o menos 1 kg, así que es suficiente para un radar pequeño
  • La razón de la caída de precios es que China los está vendiendo en grandes cantidades a ambos bandos en Ucrania. China obtiene beneficios gracias a las economías de escala, y Rusia y Ucrania consumen alrededor de 100,000 drones al mes. La mayoría de las piezas se consiguen en China

• Como aficionado al DIY, me impresiona lo bien que Henrik implementó las partes complejas como el procesamiento de señales, el hardware, la aceleración por GPU y la optimización de algoritmos. Ojalá la comunidad de HN tuviera algún premio para logros tan increíbles como este

• Es la primera vez que veo explicados los algoritmos SAR. Los proyectos SAR que había visto hasta ahora pasaban esta parte muy por encima

  • Me pregunto si alguien ha visto otros materiales sobre esto. Voy a intentar estudiar el artículo enlazado
  • Parece que muchos de los problemas de posición se pueden resolver con autoenfoque. También es la primera vez que veo esta parte

• He visto muchas imágenes SAR producidas por sistemas mucho más caros, pero nunca había visto imágenes tan buenas como estas. Es un trabajo realmente asombroso

• Solo con un upvote no se puede expresar suficientemente el valor de este trabajo. Es un texto realmente impresionante. Gracias

• Esta es la razón por la que leo Hacker News

  • Cada mes sale un artículo nuevo que mejora mi sistema suburbano de defensa antimisiles y garantiza que mis vecinos no traigan a sus perros a mi césped
  • Siempre ha sido un reto mapear el terreno de mis vecinos para que mis cohetes encuentren al criminal correcto. Ahora puedo usar drones
  • Es un sistema de defensa con misiles, no un sistema de defensa contra misiles. Eso sería una tontería

• Es un proyecto realmente increíble. Una excelente integración de tecnologías para crear un proyecto genial. Me deja admirado

• Si se necesitara una antena de 100 metros, ¿se podría aproximar ajustando una trayectoria parabólica de 100 metros usando varios drones?

• Este proyecto podría ver a los rusos detrás de los árboles incluso de noche

  • ¿Pronto los drones chinos podrán atacar ciudades europeas y cazar civiles 24/7?

• Un proyecto realmente impresionante y con excelentes resultados. Gracias por compartirlo en HN