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GN⁺: 자체 제작한 Polarimetric Synthetic Aperture Radar 드론

 (hforsten.com)
2P by neo 11일전 | ★ favorite | 댓글 1개

자작 편광 합성 개구 레이더 드론

소개

  • 저자는 여러 자작 레이더를 만들고 지상에서 합성 개구 이미징 테스트를 수행해 왔음.
  • 드론에 레이더를 장착하여 공중에서 합성 개구 이미지를 캡처하고자 했음.
  • 과거에는 중형 드론의 가격이 높았으나, 최근에는 중국산 FPV 드론 가격이 크게 하락했음.
  • 저자는 저렴한 중국산 7인치 FPV 키트와 소형 GPS+컴퍼스 모듈을 구매하여 경량 합성 개구 레이더 시스템을 만들고자 함.

합성 개구 이미징

  • 단일 채널 레이더는 목표물의 거리만 측정할 수 있으며 각도를 감지할 수 없음.
  • 여러 수신 채널을 선형으로 배열하면 목표물의 각도에 따라 신호가 약간 다른 거리를 이동하여 위상 변화를 일으킴.
  • 합성 개구 레이더는 단일 채널 레이더를 드론에 장착하여 비행 중 측정을 수행하고, 뛰어난 각도 해상도를 제공하는 큰 합성 개구를 생성할 수 있음.

레이더 설계

  • 레이더 설계 목표는 FPV 드론에 맞추고 최소 예산(<500 EUR)으로 최상의 이미징 성능을 얻는 것임.
  • 드론의 크기가 작아 레이더의 최대 크기가 제한됨.
  • 여러 레이더 아키텍처가 있으며, FMCW 레이더는 단거리 및 느리게 움직이는 플랫폼에 유리함.

RF 설계

  • FMCW 레이더는 송신 및 수신 안테나를 동시에 사용할 수 있어 신호 대 잡음비(SNR)를 개선할 수 있음.
  • 송신 및 수신 안테나의 편광을 선택할 수 있는 편광 스위치가 있음.
  • 송신 전력, 안테나 이득, 파장, 목표물의 레이더 단면적, 거리 등을 고려하여 수신 전력을 계산할 수 있음.

링크 예산

  • 수신 전력은 송신 전력, 안테나 이득, 파장, 목표물의 레이더 단면적, 거리 등을 고려하여 계산됨.
  • 합성 개구는 이동 중 여러 펄스를 전송하여 형성되며, 이는 신호 대 잡음비를 증가시킴.

펄스 반복 주파수

  • 레이더 이미지 형성은 수신 신호의 위상 정보를 기반으로 함.
  • 최대 위상 차이가 180도를 넘지 않도록 해야 하며, 이는 측정 간격이 1/4 파장 이상일 때 발생할 수 있음.

필요한 ADC 샘플링 주파수

  • FMCW 레이더는 수신 신호를 송신 스윕의 복사본과 혼합하여 믹서 출력에서 사인파 신호를 생성함.
  • 최대 목표 거리와 RF 대역폭에 따라 필요한 ADC 샘플링 속도를 계산할 수 있음.

FPGA

  • FPGA는 데이터 양과 스윕 생성의 엄격한 타이밍 요구 사항을 처리하기 위해 필요함.
  • Zynq 7020 FPGA를 사용하여 FPGA 패브릭과 듀얼 코어 ARM 프로세서를 결합함.

PCB

  • PCB는 6층으로 설계되었으며, 가능한 한 작게 설계됨.
  • 드론의 배터리에 직접 연결할 수 있도록 설계됨.

드론 전자 장치

  • 드론 키트에 포함된 비행 컨트롤러는 Speedybee F405 V3임.
  • ArduPilot 소프트웨어를 사용하여 자율 비행을 지원함.

안테나

  • 안테나의 빔 폭이 넓을수록 SAR 이미지의 해상도가 향상됨.
  • 드론 SAR의 경우 안테나의 크기가 제한적이므로 큰 안테나를 드론에 장착하기 어려움.
  • 스택형 패치 안테나를 사용하여 듀얼 편광, 넓은 대역폭, 높은 이득을 제공함.
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neo 11일전  [-]
Hacker News 의견

  • 최근 소형 FPV 드론의 가격이 많이 하락했음. 중국에서 배터리와 RC 컨트롤러를 제외하고 약 100 유로에 5인치와 7인치 프로펠러 쿼드콥터를 구매할 수 있음

    • 작은 크기에도 불구하고 약 1kg 이상의 하중을 들어 올릴 수 있어 소형 레이더에 충분함
    • 가격 하락의 이유는 중국이 우크라이나 양측에 대량으로 판매하고 있기 때문임. 중국은 규모의 경제를 통해 이익을 얻고 있으며, 러시아와 우크라이나는 매달 약 100,000개의 드론을 소모하고 있음. 대부분의 부품은 중국에서 조달됨

  • DIYer로서 Henrik이 신호 처리, 하드웨어, GPU 가속, 알고리즘 최적화 등 복잡한 부분을 얼마나 잘 구현했는지에 감탄함. HN 커뮤니티에 이런 놀라운 업적에 대한 상이 있었으면 좋겠음

  • SAR 알고리즘이 설명된 것을 처음 봄. 지금까지 본 SAR 프로젝트들은 이 부분을 대충 넘겼음

    • 다른 자료를 본 사람이 있는지 궁금함. 링크된 논문을 소화해볼 예정임
    • 위치 문제를 자동 초점으로 많이 해결할 수 있는 것 같음. 이 부분도 처음 봄

  • 훨씬 더 비싼 시스템에서 나온 SAR 이미지들을 많이 봤지만, 이 정도로 좋은 이미지는 본 적이 없음. 정말 놀라운 작업임

  • 업보트만으로는 이 작업의 가치를 충분히 표현할 수 없음. 정말 놀라운 글임. 감사함

  • 이것이 내가 HackerNews를 읽는 이유임

    • 매달 새로운 기사가 나의 교외 미사일 방어 시스템을 개선해주고, 이웃들이 내 잔디에 개를 데리고 오지 않도록 보장해줌
    • 내 로켓이 올바른 범죄자를 찾아갈 수 있도록 내 이웃을 지형 맵핑하는 것이 항상 도전이었음. 이제 드론을 사용할 수 있음
    • 미사일이 있는 방어 시스템이지, 미사일에 대한 방어 시스템은 아님. 그건 어리석음

  • 정말 놀라운 프로젝트임. 멋진 프로젝트를 만들기 위한 기술의 훌륭한 종합임. 감탄함

  • 100미터 안테나가 필요하다면, 여러 드론을 사용해 100미터 포물선 궤도를 조정하여 근사할 수 있을까?

  • 이 프로젝트는 밤에도 나무 뒤에 있는 러시아인을 볼 수 있을 것임

    • 곧 중국 드론이 유럽 도시를 공격하며 24/7 민간인을 사냥할 수 있을 것임?

  • 정말 인상적인 프로젝트와 훌륭한 결과임. HN에 공유해줘서 고마움

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