Radar khẩu độ tổng hợp (SAR) sử dụng sóng vô tuyến để chiếu xạ khu vực mục tiêu để nhận, ghi lại và xử lý tín hiệu phản xạ. Kết quả được xử lý thêm để có được hình ảnh 2D của khu vực mục tiêu. Vậy thiết kế và thử nghiệm hệ thống này như thế nào, có những thách thức và giải pháp nào để tối ưu nhất cho hệ thống?
Giới thiệu về SAR và ISAR
Radar khẩu độ tổng hợp (SAR) sử dụng sóng vô tuyến để chiếu xạ khu vực mục tiêu để nhận, ghi lại và xử lý tín hiệu phản xạ. Kết quả được xử lý thêm để có được hình ảnh 2D của khu vực mục tiêu.
Độ phân giải phạm vi phụ thuộc vào băng thông của tín hiệu trong khi độ phân giải dải chéo (phương vị) phụ thuộc vào chiều dài của ăng-ten radar. Khẩu độ tổng hợp có nghĩa là ăng-ten tổng hợp được tạo ra trong thời gian quan sát mục tiêu, làm giảm kích thước vật lý của ăng-ten radar. Thông thường, một chiếc máy bay, vệ tinh hoặc máy bay không người lái mang ăng-ten radar như vậy. SAR nghịch đảo (ISAR) dựa vào sóng phản xạ từ các vật thể chuyển động. Cả hai công nghệ SAR và ISAR đều có thể tạo ra hình ảnh của các mục tiêu trong hầu hết các điều kiện thời tiết (ví dụ: sương mù, mưa, mây và tuyết) vào ban ngày và ban đêm.
Các radar SAR và ISAR cổ điển là các radar chủ động, có nghĩa là chúng được trang bị các máy phát để chiếu xạ mục tiêu. Hình ảnh sử dụng công nghệ radar thụ động là một xu hướng mới trong định vị vô tuyến. Các radar thụ động không truyền năng lượng của chính chúng. Nó dựa vào các nguồn năng lượng hiện có để chiếu xạ các mục tiêu tiềm năng. Radar thụ động có thể sử dụng các máy phát có sẵn trên môi trường như đài FM, đài phát thanh kỹ thuật số, truyền hình (phát sóng âm thanh kỹ thuật số hoặc phát sóng video kỹ thuật số trên mặt đất), GSM, WiFi hoặc các radar khác làm nguồn chiếu xạ. Do không sử dụng máy phát riêng, các radar thụ động được gọi là “hoạt động im lặng”.
Nền tảng phần cứng
Chúng tôi đã sử dụng nền tảng NI USRP với hệ số nhân tần số bên ngoài để thiết kế một hệ thống SAR hoạt động. Chúng tôi có thể đạt băng thông gần 1 GHz — 40 MHz được tạo ra bởi USRP sau đó nhân với 24. Ngoài ra, radar của chúng tôi hoạt động trong băng tần khoảng 5,5 GHz, có nghĩa là chúng tôi có thể sử dụng ăng-ten (WiFi) có sẵn trên thị trường. Vì chúng tôi không thể truyền ở tốc độ 5.5 GHz với USRP được sử dụng, chúng tôi đã trộn tín hiệu lên đến băng tần 5.5 GHz bằng cách sử dụng các linh kiện điện tử từ một nhà cung cấp khác. Trình diễn radar SAR chủ động được đề xuất sử dụng phần cứng NI USRP là radar sóng liên tục điều biến tần số (FMCW). Các nguyên tắc FMCW ở phía máy thu trộn tín hiệu truyền và nhận dẫn đến tín hiệu nhịp, tạo ra tần số tương ứng với phạm vi mục tiêu. Đối tượng càng ở xa, tần số vi sai càng cao (và do đó, tần số hỗn hợp càng cao). Chúng ta có thể thực hiện biến đổi Fourier trên tín hiệu hỗn hợp này để xác định khoảng cách đến đối tượng.
Khi chúng ta gắn radar trên một phương tiện như máy bay không người lái, kích thước và trọng lượng là điều quan trọng hàng đầu. Chúng tôi đã loại bỏ tất cả khung gầm khỏi hệ thống và chỉ giữ lại các thiết bị điện tử, điều này giúp chúng tôi giảm tổng trọng lượng hệ thống xuống dưới 5 kg và giữ mức tiêu thụ điện năng ở mức khoảng 70 W. Để chụp ảnh SAR / ISAR thụ động, chúng tôi đã sử dụng radar với HDD-8264 để lưu trữ dữ liệu và PXIe-5663E để nhận tín hiệu. NI HDD-8264 là ổ cứng RAID có thể lưu trữ một lượng lớn dữ liệu được truyền liên tục. Vì nó sử dụng kiến trúc RAID, nó có thể duy trì phát trực tuyến thông lượng cao. Đặc biệt, HDD-8264 cho phép phát trực tuyến liên tục 600 MB / s, trong khi các giải pháp mới hơn như HDD-8266 (phiên bản SSD) có thể đạt 3,6 GB / s. Chúng tôi đã thực hiện tất cả các xử lý tín hiệu cho hình ảnh SAR / ISAR thụ động ngoại tuyến.
Ngoài ra, phần cứng chúng tôi sử dụng đã thực hiện các hoạt động đa tĩnh có thể. Trong những trường hợp như vậy, chúng tôi đã đồng bộ hóa chính xác các thiết bị PXI ghi bằng cách sử dụng các mô-đun GPS PXI-6682 chuyên dụng và các mô-đun đồng bộ hóa và thời gian PXIe-6674T. Chúng tôi đã sử dụng phần cứng này để chúng tôi có thể ghi lại các tín hiệu RF quan tâm một cách trung thực từ bất kỳ nơi nào được bao phủ bởi tín hiệu GPS trên hành tinh. Chúng tôi đã sử dụng LabVIEW để viết phần mềm ghi và phát lại. Ngoài ra, chúng tôi đã viết lại phần mềm ghi và phát lại của mình để chúng tôi có thể sử dụng nó cho bất kỳ ứng dụng nào, không chỉ các ứng dụng radar.
Xử lý tín hiệu số
Một trong những phần thách thức nhất của việc phát triển bất kỳ hệ thống radar nào là xử lý tín hiệu kỹ thuật số. Trong các ứng dụng của mình, chúng tôi đã sử dụng xử lý SAR theo thời gian thực cho hệ thống radar FMCW chủ động và xử lý ngoại tuyến cho hình ảnh SAR / ISAR thụ động được triển khai với phần mềm MATLAB® của The MathWorks, Inc.
Kết quả và các bước tiếp theo
Sử dụng thiết bị COTS làm giảm đáng kể nỗ lực của chúng tôi để thiết kế các hệ thống radar phức tạp. Chúng ta có thể tập trung nhiều hơn vào DSP thay vì thiết kế I / O RF nhiều lần.
Về nhu cầu phần cứng cho các ứng dụng trong tương lai, băng thông của tín hiệu được tạo ra càng cao thì độ phân giải càng cao. Do đó, chúng tôi hiện đang có kế hoạch thử nghiệm với hệ thống thu-phát mới của NI cho phép thu-phát tín hiện với băng thông lên đến 2GHz. Ngoài ra, chúng tôi dự định chuyển sang các dải cao hơn như băng tần X. Rõ ràng, đối với các ứng dụng kiểu UAV, chúng ta luôn cần các giải pháp tiết kiệm năng lượng hơn và kích thước nhỏ hơn.
Công ty chúng tôi luôn luôn mong muốn được trở thành đối tác tin cậy và là nhà cung cấp thiết bị, giải pháp hàng đầu cho sự thành thành công của Quý Khách hàng. Mọi thông tin chi tiết Quý Khách vui lòng liên hệ:
Công ty Cổ phần Công nghệ MITAS Hà Nội
Địa chỉ: Tầng 5, tòa nhà C’Land, Số 81 Lê Đức Thọ, Nam Từ Liêm, Hà Nội
Web: https://mitas.vn | ĐT: (+84) 243 8585 111 | Email: sales@mitas.vn
Sự ủng hộ tin yêu của Quý Khách hàng là động lực và tài sản vô giá đối với tập thể công ty chúng tôi. Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn./.
