Drone PSAR polarimétrique fabriqué maison

Drone SAR polarimétrique fait maison

Présentation

• L’auteur a fabriqué plusieurs radars maison et a déjà réalisé des tests d’imagerie à synthèse d’ouverture au sol.
• Il souhaitait installer un radar sur un drone afin de capturer des images à synthèse d’ouverture depuis les airs.
• Par le passé, le prix des drones de taille moyenne était élevé, mais récemment, celui des drones FPV chinois a fortement baissé.
• L’auteur a acheté un kit FPV chinois de 7 pouces à bas prix ainsi qu’un petit module GPS+boussole afin de construire un système de radar à synthèse d’ouverture léger.

Imagerie à synthèse d’ouverture

• Un radar monocanal ne peut mesurer que la distance d’une cible et ne peut pas détecter son angle.
• Si plusieurs canaux de réception sont disposés linéairement, le signal parcourt une distance légèrement différente selon l’angle de la cible, ce qui provoque une variation de phase.
• Un radar à synthèse d’ouverture peut être créé en installant un radar monocanal sur un drone pour effectuer des mesures en vol, ce qui permet de générer une grande ouverture synthétique offrant une excellente résolution angulaire.

Conception du radar

• L’objectif de conception du radar est de l’adapter à un drone FPV et d’obtenir les meilleures performances d’imagerie avec un budget minimal (<500 EUR).
• La petite taille du drone limite la taille maximale du radar.
• Il existe plusieurs architectures radar, et le radar FMCW est avantageux pour les courtes distances et les plateformes se déplaçant lentement.

Conception RF

• Un radar FMCW peut utiliser simultanément des antennes d’émission et de réception, ce qui améliore le rapport signal sur bruit (SNR).
• Un commutateur de polarisation permet de choisir la polarisation des antennes d’émission et de réception.
• Il est possible de calculer la puissance reçue en prenant en compte la puissance d’émission, le gain de l’antenne, la longueur d’onde, la section efficace radar de la cible, la distance, etc.

Budget de liaison

• La puissance reçue est calculée en tenant compte de la puissance d’émission, du gain de l’antenne, de la longueur d’onde, de la section efficace radar de la cible, de la distance, etc.
• L’ouverture synthétique se forme en émettant plusieurs impulsions pendant le déplacement, ce qui augmente le rapport signal sur bruit.

Fréquence de répétition des impulsions

• La formation d’images radar repose sur l’information de phase du signal reçu.
• Il faut veiller à ce que la différence de phase maximale ne dépasse pas 180 degrés, ce qui peut se produire lorsque l’intervalle entre les mesures atteint au moins un quart de longueur d’onde.

Fréquence d’échantillonnage ADC requise

• Le radar FMCW mélange le signal reçu avec une copie du sweep émis afin de générer un signal sinusoïdal à la sortie du mélangeur.
• Il est possible de calculer la vitesse d’échantillonnage ADC nécessaire en fonction de la portée maximale de la cible et de la bande passante RF.

FPGA

• Un FPGA est nécessaire pour gérer le volume de données et les contraintes de timing strictes de la génération des sweeps.
• Un FPGA Zynq 7020 est utilisé afin de combiner la logique FPGA et un processeur ARM double cœur.

PCB

• Le PCB a été conçu sur 6 couches et de la manière la plus compacte possible.
• Il a été conçu pour pouvoir être connecté directement à la batterie du drone.

Électronique du drone

• Le contrôleur de vol inclus dans le kit drone est le Speedybee F405 V3.
• Le logiciel ArduPilot est utilisé pour prendre en charge le vol autonome.

Antenne

• Plus le faisceau de l’antenne est large, meilleure est la résolution de l’image SAR.
• Dans le cas d’un drone SAR, la taille de l’antenne est limitée, ce qui rend difficile l’installation d’une grande antenne sur le drone.
• Une antenne patch empilée est utilisée pour fournir une double polarisation, une large bande passante et un gain élevé.

[GN⁺]

Avis sur Hacker News

• Le prix des petits drones FPV a beaucoup baissé récemment. En Chine, on peut acheter un quadricoptère à hélices de 5 ou 7 pouces pour environ 100 euros, hors batterie et contrôleur RC

  • Malgré leur petite taille, ils peuvent soulever une charge de plus de 1 kg environ, ce qui suffit pour un petit radar
  • La baisse des prix s’explique par les ventes massives de la Chine aux deux camps en Ukraine. La Chine profite des économies d’échelle, et la Russie comme l’Ukraine consomment environ 100 000 drones par mois. La plupart des composants proviennent de Chine

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  • Je me demande si quelqu’un a vu d’autres ressources à ce sujet. Je vais essayer de digérer l’article scientifique lié
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• J’ai vu beaucoup d’images SAR issues de systèmes bien plus chers, mais rarement d’une qualité aussi bonne. C’est vraiment un travail remarquable

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• C’est pour ça que je lis Hacker News

  • Chaque mois, un nouvel article améliore mon système antimissile de banlieue et garantit que les voisins n’emmènent pas leurs chiens sur ma pelouse
  • Cartographier le terrain de mon voisinage pour que mes roquettes trouvent les bons criminels a toujours été un défi. Maintenant, je peux utiliser un drone
  • C’est un système de défense avec des missiles, pas un système de défense contre les missiles. Ce serait idiot

• Projet absolument incroyable. Une superbe synthèse de technologies au service d’un projet génial. Impressionnant

• S’il faut une antenne de 100 mètres, pourrait-on approcher cela en utilisant plusieurs drones pour ajuster une trajectoire parabolique de 100 mètres ?

• Ce projet permettrait de voir les Russes derrière les arbres, même la nuit

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