Drone de Radar de Abertura Sintética Polarimétrico feito em casa

Drone SAR polarimétrico feito em casa

Introdução

• O autor vem construindo vários radares caseiros e realizando testes de imageamento por abertura sintética em solo.
• Ele queria montar um radar em um drone para capturar imagens de abertura sintética no ar.
• No passado, o preço de drones de porte médio era alto, mas recentemente os preços de drones FPV chineses caíram bastante.
• O autor comprou um kit FPV chinês barato de 7 polegadas e um pequeno módulo de GPS+bússola para criar um sistema leve de radar de abertura sintética.

Imageamento por abertura sintética

• Um radar de canal único só consegue medir a distância até o alvo e não consegue detectar o ângulo.
• Se vários canais de recepção forem organizados linearmente, o sinal percorre distâncias ligeiramente diferentes dependendo do ângulo do alvo, causando mudança de fase.
• Um radar de abertura sintética pode montar um radar de canal único em um drone, realizar medições durante o voo e criar uma grande abertura sintética que oferece excelente resolução angular.

Projeto do radar

• O objetivo do projeto do radar era caber em um drone FPV e obter o melhor desempenho de imageamento com o menor orçamento possível (<500 EUR).
• Como o drone é pequeno, o tamanho máximo do radar é limitado.
• Existem várias arquiteturas de radar, e o radar FMCW é vantajoso para curtas distâncias e plataformas de movimento lento.

Projeto de RF

• O radar FMCW pode usar antenas de transmissão e recepção ao mesmo tempo, melhorando a relação sinal-ruído (SNR).
• Há uma chave de polarização que permite selecionar a polarização das antenas de transmissão e recepção.
• É possível calcular a potência recebida considerando potência de transmissão, ganho da antena, comprimento de onda, seção reta radar do alvo, distância e outros fatores.

Orçamento de enlace

• A potência recebida é calculada considerando potência de transmissão, ganho da antena, comprimento de onda, seção reta radar do alvo, distância e outros fatores.
• A abertura sintética é formada transmitindo vários pulsos durante o movimento, o que aumenta a relação sinal-ruído.

Frequência de repetição de pulsos

• A formação da imagem de radar se baseia nas informações de fase do sinal recebido.
• É preciso garantir que a diferença máxima de fase não ultrapasse 180 graus, o que pode acontecer quando o intervalo de medição é maior que 1/4 do comprimento de onda.

Frequência de amostragem ADC necessária

• O radar FMCW mistura o sinal recebido com uma cópia da varredura transmitida para gerar um sinal senoidal na saída do misturador.
• É possível calcular a taxa de amostragem ADC necessária com base na distância máxima do alvo e na largura de banda de RF.

FPGA

• O FPGA é necessário para lidar com o volume de dados e com os requisitos rigorosos de temporização na geração das varreduras.
• Foi usado um FPGA Zynq 7020, que combina a malha FPGA com um processador ARM dual-core.

PCB

• A PCB foi projetada com 6 camadas e para ser o menor possível.
• Foi projetada para poder ser conectada diretamente à bateria do drone.

Eletrônica do drone

• O controlador de voo incluído no kit do drone é o Speedybee F405 V3.
• Ele oferece suporte a voo autônomo usando o software ArduPilot.

Antena

• Quanto maior a largura de feixe da antena, melhor a resolução da imagem SAR.
• No caso de um drone SAR, o tamanho da antena é limitado, então é difícil montar uma antena grande no drone.
• Foi usada uma antena patch empilhada para oferecer dupla polarização, ampla largura de banda e alto ganho.

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Recentemente, o preço dos pequenos drones FPV caiu bastante. Na China, é possível comprar quadricópteros com hélices de 5 e 7 polegadas por cerca de 100 euros, sem bateria e controlador RC

  • Apesar do tamanho reduzido, conseguem levantar uma carga de mais de 1 kg, o que é suficiente para um radar pequeno
  • O motivo da queda nos preços é que a China está vendendo em grande quantidade para ambos os lados na Ucrânia. A China lucra com economia de escala, e Rússia e Ucrânia consomem cerca de 100.000 drones por mês. A maioria das peças é obtida na China

• Como alguém do faça-você-mesmo, fico impressionado com o quão bem Henrik implementou as partes complexas, como processamento de sinais, hardware, aceleração por GPU e otimização de algoritmos. Queria que a comunidade do HN tivesse algum prêmio para conquistas incríveis como essa

• É a primeira vez que vejo o algoritmo de SAR explicado. Os projetos de SAR que vi até agora sempre passaram correndo por essa parte

  • Queria saber se alguém já viu outros materiais sobre isso. Pretendo tentar entender o artigo acadêmico linkado
  • Parece que muitos dos problemas de posicionamento podem ser resolvidos com autofoco. Também é a primeira vez que vejo isso

• Já vi muitas imagens de SAR feitas com sistemas muito mais caros, mas nunca vi imagens tão boas quanto essas. É realmente um trabalho impressionante

• Só um upvote não consegue expressar o valor deste trabalho. É um texto realmente incrível. Obrigado

• É por isso que eu leio o HackerNews

  • Todo mês sai um artigo novo que melhora meu sistema suburbano de defesa antimísseis e garante que os vizinhos não tragam seus cachorros para o meu gramado
  • Sempre foi um desafio mapear o terreno dos meus vizinhos para que meus foguetes encontrem os criminosos certos. Agora posso usar drones
  • É um sistema de defesa com mísseis, não um sistema de defesa contra mísseis. Isso seria tolice

• Projeto realmente incrível. É uma excelente síntese de tecnologias para criar um projeto muito legal. Impressionante

• Se fosse necessária uma antena de 100 metros, seria possível usar vários drones para aproximar isso ajustando uma trajetória parabólica de 100 metros?

• Este projeto seria capaz de ver russos atrás de árvores mesmo à noite

  • Em breve, drones chineses poderão atacar cidades europeias e caçar civis 24/7?

• Projeto realmente impressionante e excelente resultado. Obrigado por compartilhar no HN