Milimetre dalga radar teknolojisi ve uygulama analizi (çok sayıda kuru PPT ürünü vardır) | Hard Create Open Class
Bir drone çözüm sağlayıcısı olan Aerotenna, geçtiğimiz ay Syracuse, New York'ta düzenlenen İHA Trafik Kontrol Zirvesi'nde İHA Engelden Kaçınma Yarışması'nı kazandı. Aradaki fark, Aerotennanın engellerden kaçınma çözümünün radar teknolojisine dayalı µSharp 360 derece mikrodalga radar kullanmasıdır.
İHA uygulamalarının olgunlaşması ve geniş çapta yaygınlaşmasıyla birlikte, istikrarlı ve güvenilir engellerden kaçınma sistemleri İHA'lar için giderek daha önemli hale geliyor.Şu anda piyasadaki birçok İHA ürünü, vizyon ve ultrasounddan başka bir şey olmayan algılama çözümlerini kullanıyor. Bu geleneksel çözümlerle karşılaştırıldığında, radarın güvenilirliği, doğruluğu ve algılama mesafesi daha yüksek bir seviyeye ayarlanmıştır.
Öyleyse, milimetre dalga radarı insansız hava araçlarına ne tür bir varoluş uygular ve hangi teknik zorluklar ve engeller vardır?
Bu halka açık derste, Aerotenna Beijing Ar-Ge Merkezi'nin teknik direktörü Dr. Ji Lianying'i "Küçük Sivil Milimetre Dalga Radarı ve Uygulamasını" açıklamaya davet ettik.
Konuk tanıtımı
Pekin Teknoloji Enstitüsü, Radar Teknolojisi Enstitüsü, Pekin Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör Gao Meiguo'nun vesayeti altında, sinyal ve bilgi işleme alanında PhD olan Ji Lianying, dijital kanallı radar alıcılarına odaklanıyor.
2009 yılında mezun oldu ve Çin Bilimler Akademisi'ne doktora sonrası araştırmacı olarak girdi ve Singapur Ulusal Üniversitesi'nde misafir araştırmacı olarak girdi, 2012'de istasyondan ayrıldı ve Çin Bilimler Akademisi Üniversitesi Elektronik Fakültesi'nde öğretmenliğe başladı. Bu dönemde, Çin Bilimler Akademisi Sensör Ağı ve Uygulama Merkezi'nin Sanayileşme Şirketini ortak olarak kurdu ve teknik direktör olarak görev yaptı.
2015 yılında Aerotenna'ya katıldı ve Pekin Ar-Ge merkezini kurdu ve teknik lider olarak görev yaptı. İHA ve otomotiv milimetre dalga radarından sorumlu, SOC FPGA mimarisi İHA uçuş kontrol araştırma ve geliştirme.
Aşağıda, Dr. Ji Lianyingin konuşmasının tüm içeriğinin bir derlemesi bulunmaktadır:
Milimetre dalganın temel özellikleri
Radarın elektromanyetik dalgaları kullandığını herkes bilir.Elektromanyetik dalgaların ortamı, mikrodalga radar ile ultrason ve sonar gibi diğer yöntemler arasındaki farkı belirler.
Elektromanyetik dalgalar, boş uzayda yayılan alternatif elektromanyetik alanlardır. Alternatif elektromanyetik alanların frekansı radarın temel özelliklerini belirler. Elbette dalga boyu ve frekans eşdeğer kavramlardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansa göre birkaç tipik frekans bandına ayrılır:
Genellikle kullanılan radyo, özellikle AM ve FM yayını için 300Mhz'nin altındaki bir frekans bandıdır.
Mikrodalga frekans bandı, iletişim ve radar tarafından kullanılan ana frekans bandıdır.Bu, 300Mhz ile 300GHz arasında değişen çok geniş bir frekans aralığıdır. Bahsettiğimiz milimetre dalga, mikrodalgaların bir alt frekans bandıdır.
Gördüğünüz şey, görünür ışık, kızılötesi, lazer vb. Bunlar aynı zamanda bir tür elektromanyetik dalgadır, ancak frekanstaki farktan dolayı, özellikleri mikrodalga frekans bandından çok farklıdır.
Bu nedenle, görünür ışık, kızılötesi veya lazere dayalı yönteme, lazer ve radarın mekanizması benzer olsa da, genellikle radar olarak adlandırılmaz.
Peki, farklı frekans bantlarındaki elektromanyetik dalgalar arasındaki temel farklar nelerdir? Aşağıdaki özelliklerdir: Elektromanyetik dalga uzayda yayıldığı zaman, yayılma ortamı değişir değişmez gerçekleşecektir. Yansıma, soğurma, iletim, kırınım ve diğer olaylar . Bu fenomenin oranları, farklı frekans bantlarındaki elektromanyetik dalgalar için çok farklıdır.
O halde radar, aktif kızılötesi ve lidarın yansıma karakteristiğine dayandığını biliyoruz.Farklı frekanslardaki elektromanyetik dalgaların çok farklı yansıma özellikleri vardır.Bu ortama, yani yansıtıcı yüzeyin malzemesine bağlıdır. Örneğin, metal malzemelerin mikrodalgaları yansıtma olasılığı daha yüksektir ve su esas olarak elektromanyetik dalgaları emer, bu nedenle su altında nadiren radar kullanırız. Aynı zamanda yansıma ve iletim özellikleri de elektromanyetik dalgaların frekansına bağlıdır. Örneğin yayınınız genel olarak evde alınabilir ancak birkaç duvardan sonra wifi çok zayıflayabilir.Kızılötesi ve ışık bir kağıt parçasından bile geçmeyebilir. Bunun nedeni, dalga boyu ne kadar uzun olursa, iletim ve kırınım fenomeni o kadar muhtemeldir ve dalga boyu ne kadar kısa olursa, yansıtılması o kadar kolay olur.
Genel olarak, elektromanyetik dalgaların dalga boyu ile ortamın boyutu arasındaki ilişki, daha büyükse iletilmesi ve kırılması kolaydır, daha küçükse yansıtması kolaydır. Elbette, buradaki özel şey ışın çünkü temelde parçacık özelliklerine odaklanıyor, bu yüzden bir dalga olarak kabul edilemez.
Bahsettiğimiz milimetre dalganın dalga boyu 1 cm ile 1 mm arasındadır.Bu dalga boyu çok kısadır, terahertz veya kızılötesine yakın fakat iki dalga boyundan çok daha uzundur.Bu dalga boyunun erken dönemde geliştirilmesi çok zordur. Sadece son on yılda kullanıldı.
Az önce de söylediğimiz gibi, iletişim ve işleme için kullanabileceğimiz elektromanyetik dalgaların frekansı gittikçe artıyor ... Şimdi teknolojinin gelişmesinden fayda sağlayan terahertz ve görünür ışık iletişiminden bahsettik. Milimetre dalga bandı 30 --- 300GHz'dir ve frekans çok yüksektir.Ancak, bu frekans bandındaki birçok frekans bölgesindeki elektromanyetik dalgalar havada yayılırken su molekülleri ve oksijen tarafından kolayca emilir. Bu nedenle, burada listelenen birkaç tipik frekans bandı mevcuttur. 24, 60, 77 ve 120GHz çıktı. Elbette 24GHz çok özeldir, kesinlikle bir milimetre dalga değildir, çünkü dalga boyu yaklaşık 1 cm'dir. Ama ilk kullanılacaktı. Şimdi çeşitli ülkeler sivil kullanım için 24GHz atadı, 77GHz araba çarpışmasını önleme radarına tahsis edildi ve 24Ghz de arabalarda kullanılan en eski radar.
Kısa dalga boyu nedeniyle milimetre dalgası radyo ve düşük frekanslı mikrodalgadan farklıdır.Yansıma özellikleri ve az önce bahsedilen diğer özelliklere göre öncelikle ışığın yayılma özelliklerine çok yakındır.Küçük yansıtıcı yüzeyler (nesneler) için ) Daha iyi yansıtabilir ve yüksek frekans nedeniyle modüle edilmiş bant genişliği çok büyüktür. Ayrıca birazdan bahsedeceğimiz gibi, kısa dalga boyundan dolayı anten çok küçük olabilir. Bununla birlikte, küçük dalga boyu nedeniyle, uzaydaki yayılma kolayca engellenir ve soğurulur, böylece çok uzağa ulaşamaz.Elbette, bu mesafe diğer dalga bantlarına göre, genellikle 1km içinde.
Milimetre dalga radarının tespiti, menzili, hızı ve açı ölçümü
Milimetre dalga radarından bahsedelim.
Radarın, elektromanyetik dalgalar yayan ve ekoları tespit ederek hedeflerin varlığını ve mesafesini tespit eden elektronik bir cihaz olduğunu biliyoruz. Bu, ultrason, aktif kızılötesi ve lazer ile aynıdır. Sadece Radyo kullanımına vurgu yaptık.
Çoğu mikrodalga radar gibi, milimetrik dalga da ışın kavramına sahiptir, yani yayılan elektromanyetik dalga, lazer gibi bir çizgiden ziyade koni şeklinde bir ışındır. Bunun nedeni, bu banttaki antenin ana yöntem olarak hafif parçacık emisyonu yerine esas olarak elektromanyetik radyasyon kullanmasıdır. Bu bakımdan radar ve ultrason aynıdır ve bu ışının yolu avantaj ve dezavantajlarına yol açar. Avantajlar ve güvenilirlik, çünkü yansıtıcı yüzey büyük, ancak dezavantaj, çözünürlüğün yüksek olmamasıdır.
Milimetre dalga radarı, hedefin tespitini, menzilini, hız ölçümünü ve azimut ölçümünü yapabilir.
Bir hedef olup olmadığına karar vermek kolaydır, sadece bir yankı olup olmadığına karar verin.
TOF ilkesine dayalı olarak menzil değiştirme de basittir, ancak elektromanyetik dalgaların yayılma hızının ışık hızı olduğunu söylüyoruz, bu yüzden bu bazı zorlukları beraberinde getiriyor. Az önce milimetre dalga radarının menzilinin çok uzak olmadığını söyledik.Örneğin, arabalar veya insansız hava araçları hakkında konuştuğumuzda algılama aralığı çok yakın ve yankı ile iletim arasındaki aralık çok kısa, bu yüzden genellikle basit iletim darbeleri için uygun değil. Bu nedenle, FMCW yöntemi şu anda çoğunlukla kullanılmaktadır.
Milimetre dalga radar hızı ölçümü sıradan radarla aynıdır İki yöntem vardır: Birincisi dopler prensibine dayanır, yani yayılan elektromanyetik dalga ile tespit edilen hedef birbirine göre hareket ettiğinde yankının frekansı yayılan dalganın frekansından farklı olacaktır. Bu frekans farkının tespit edilmesiyle hedefin radara göre hareket hızı ölçülebilir. Ancak bu yöntem teğetsel hızı tespit edemez, ikinci yöntem ise pozisyonu takip ederek ve farklılaştırma yaparak hızı elde etmektir.
Sonuncusu, milimetre dalga radarının yanal yönüdür.Radarın hedef pozisyonu tespiti, temelde dar bir ışın kullanmak olan bir yönteme dayanmaktadır. Çünkü hedef ışının içinde göründüğünde, genellikle hedefin ışının içinde hangi yönde olduğunu belirlememizin bir yolu yoktur, bu yüzden ışını daraltmalıyız.Elbette lazer kadar iyi olabilir, ancak bu zor. O zaman ışını daraltmanın birkaç yolu vardır: Bir huni anten veya bir mercek anteni gibi yönlü bir anten kullanır. Diğer bir yöntem, birden çok anten + dizi sinyal işlemeyi kullanmaktır. Milimetre dalga için, dalga boyu çok kısa olduğu için, birçok anten yapmanın maliyeti çok düşüktür (bu fiyat, fiyat ve boyut içindir), bu nedenle milimetre dalga radarı, dar bir ışın oluşturmak için çok sayıda dizi anten kullanır, ne kadar dar olabilir? ? Örneğin otomobillerde genellikle 3 derece ve 5 derece kullanılır. Tabii ki bu lazerle kıyaslanamaz ama zaten çok iyi.
Milimetre dalga radarının temel teknolojisi
Sivil milimetre dalga radarının ilk uygulama yönü otomotiv uygulamalarıdır. 199X civarında, otomobillerin ACC fonksiyonu (adaptif seyir) yani öndeki aracı yüksek hızlarda takip etmek için milimetre dalga radarı kullanıldı ve sizi yavaşlatacaktır. , O hızlıdır, belli bir mesafeyi koruyun. Bu, başka yollarla elde edilmesi zor olan, 200 metreden fazla bir milimetre dalga boyuna sahip mesafe algılama işlevine dayanır. Daha sonra çarpışmadan kaçınma ve kör nokta tespiti gibi başka fonksiyonlar haline getirilmiştir.Ancak bu teknoloji her zaman pahalı ve ülkeye kapalı olmuştur. 2012 yılına kadar çip seviyesinde milimetre dalga radyo frekansı çipleri ortaya çıkmış, bu teknolojinin eşiği düşürülmüştür. Tüm uygulamalar bir pencere açar.
Milimetre dalga radarının genellikle birkaç bileşeni vardır: anten, radyo frekansı, temel bant ve olası kontrol katmanı.
Onlardan tek tek bahsedelim, önce anten.
Milimetre dalga radarının birkaç milimetrelik bir dalga boyuna sahip olduğunu söyledik.Anten boyutu ve dalga boyu eşdeğer olduğu için milimetre dalga radar anteni çok küçük olabilir, bu nedenle dar ışınların amacına ulaşmak için bir dizi anten oluşturmak için birden fazla anten kullanılabilir. Sayı arttıkça ışın çok dar olabilir. Diğer bir faktör ise, dalga boyu çok küçük olduğu için milimetrik dalgaların bir çeşit "mikroşerit yama anteni" kullanabilmesidir, ki bu resimdeki gibidir.Bunu, pcb kartının zemin katmanına birkaç açık mikroşerit hattı döşeyerek yapabilirsiniz. anten. Milimetre dalga radarına götüren anten bir pcb kartı haline getirilebilir. Yaygın wifi ve bluetooth pcb antenlerine çok benzer. Elbette, milimetrik dalgaların yüksek frekansı nedeniyle, genellikle yüksek frekanslı plakalar gereklidir. Aslında Çin, bir veya iki yıl önce bu anteni yapma kabiliyetine sahip değildi.
Ardından milimetre dalga radarının radyo frekansı kısmı gelir.
Daha önce de bahsettiğimiz gibi, ilk yıllarda ayrı cihazlar yapmak çok zordu.Sadece birkaç büyük üretici bunu yapabildi ve teknik engeller oluştu.Ancak, yonga seviyesinde milimetre dalgalı radyo frekansı çiplerinin devreye girmesiyle eşik hızla düştü. On binlerce dolardan önce Milimetre dalga radarı şimdi yaklaşık 1.000 yuan olabilir. İşaretleme işlemini kullanan mevcut film hala biraz daha pahalıdır.Birçok üretici cmos sürecini geliştirmektedir. Başarılı olursa lahana fiyatı daha yüksek olabilir.
Son olarak, milimetre dalga radarının dijital sinyal işleme kısmı.
Bu kısım, temel olarak hüzmeleme algoritması, sinyal algılama, ölçüm algoritması, dizi anteninin sınıflandırma ve izleme algoritmasını içeren bazı algoritmalardır. Bu, dahil olan çok fazla yüz olduğu için genişletilmeyecek. Radarın prensibi basittir, ancak iyi yapmak için tüm çabanın bu yerde gösterilmesi gerekir.
Ayrıca bazı üreticilerin radyo frekansı bandı ve tabanbantından entegre olan çözümleri de var.Yakın gelecekte entegrasyon derecesinin daha yüksek olacağını ve hepsinin tek çipli çözümler olacağını öngörebiliriz.
Milimetre dalga radarının iki uygulaması
Bir tabii ki arabalar.
Uzun mesafe, yüksek güvenilirlik ve ışıktan ve tozdan bağımsız olması nedeniyle, milimetre dalga radarı 150 metreden fazla mesafeyle kameradan çok daha üstündür. Lazerle karşılaştırıldığında, yaklaşık 1.000 yuan'ın fiyatı da büyük bir kazanç. Bu yüzden hala ana akım teknolojidir.
Tabii az önce çözünürlüğünün biraz daha düşük olduğundan bahsetmiştik, bu yüzden kamera ile entegrasyon bir trend olmalı.
Elbette Lidar çaresizce teknolojik yenilikler yapıyor ve fiyatı düşürmek istiyor. Teknolojinin ve fiyatın hızla yaygınlaşması nedeniyle, başlangıçta sadece 500.000 yuan'dan fazla olan araçlarda bulunan milimetre dalga radarları, yavaş yavaş 100.000'den fazla araca yerleştirilmekte ve ayrıca telsa gibi ADAS liderleri de otomotiv radar üreticilerinden yola çıkmaya başlamıştır. Teknik direktörü kazın ve Eylül ayında elektrikli arabasına monte etmeye başladı. Otomobillerde milimetre dalga radarı uygulamasının hala ana teknoloji olduğu görülebilmektedir.
Diğeri ise dronlardır.
Sık sık, otomobillerin ve insansız hava araçlarının aslında çok benzer olduğunu söylüyoruz: yüksek hızlı hareket, önce güvenlik.
Yüksek hız kaçınılmaz bir gerekliliktir ve algılama mesafesi yeterince uzaktır. Güvenlik, algılama yöntemlerinin sağlamlığını ve çok az çevresel etki gerektirmelidir.
Elbette bazı uygulamalarda dronların ortamı arabalarınkinden biraz daha karmaşıktır.
Milimetre dalga radarı uzun süredir askeri insanlı uçaklarda ve insansız hava araçlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
İnsansız hava araçlarındaki ilk uygulaması ve mevcut pazardaki en büyüğü, bitki koruma dronlarının sabit yükseklik uygulamasıdır.
GPS ve barometrelerin rakımı ölçtüğünü biliyoruz ve bitki korumada, dronların, toprak ve bitki örtüsü dalgalı olup olmadığına bakılmaksızın mahsulün üzerinde sabit bir yükseklikte uçmasını istiyoruz. Buna taklit uçma da denir. Bu uygulama için ultrason, lazer, kızılötesi, dürbün ve benzeri birçok çözüm vardır. Bununla birlikte, bitki koruma ortamı çoğunlukla çok zayıf olduğundan, çok fazla toz ve su sisi vardır, bu nedenle ultrason ve optik tabanlı büyük ölçüde rahatsız olacaktır.
Şu anda, milimetre dalga radarına dayalı altimetre en istikrarlı performansa sahiptir: Birincisi, toz ve su sisine nüfuz edebilir ve temelde parazite karşı bağışıktır. Nokta yansımasına değil, kirişe bağlı olarak, yükseklik tam olarak bitki yaprağının yüksekliğini yansıtır.
İHA'ların ikinci uygulaması engellerden kaçınmadır.
Bu aynı zamanda birden fazla sensör için bir savaş alanıdır. Ancak milimetre dalga radarının ışıktan etkilenmeme, çok geniş çalışma menziline sahip olma ve güvenilirlik gibi avantajlara sahip olduğunu söylüyoruz.Bu avantajları askeri insanlı uçaklarda, otomobiller ve insansız hava araçlarında kanıtlanmıştır.
Tabii ki, radarın çözünürlüğü gerçekten düşük. Ancak dizi anteninin avantajları nedeniyle bunun aslında büyük ölçüde geliştirilebileceğini ve 3-5 derecelik bir çözünürlüğe sahip olmanın mümkün olduğunu söylemiştik. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bu engellerden kaçınma yarışmasında milimetre dalga radarı ile birinciliği kazandık. Bu yüzden lütfen kendinize güvenin. İşte bir karşılaştırma tablosu, herkes bir göz atabilir.
Bu yüzden milimetre dalga radarının, ışın genişliği, çalışma mesafesi ve fiyat gibi ayarlama için çok yer olduğunu söylüyoruz. Milimetre dalga radarının İHA yükseklik ölçümü ve engellerden kaçınma konusunda bariz avantajları olduğuna inanıyoruz, ancak takviye edilmesi gereken optiğe ihtiyaç duyan yerler de var. Bu nedenle, 360 derecelik engellerden kaçınma ve yükseklik ölçümü için milimetre dalga radarı kullanan böyle bir mimari öneriyoruz.
Elbette böyle bir mimari altında daha güçlü bir uçuş kontrol işleme platformuna ve teknolojisine de ihtiyaç vardır.
