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小型无人机设计的轻量级3D成像雷达系统技术解析

2023-10-13

无人机（UAV）的使用越来越广泛，它们可以在人类无法或不便进行的环境中执行任务，比如在恶劣的天气条件下、在危险的地方，或者进行繁琐和枯燥的工作。它们携带的各种设备，如相机、雷达传感器、通信设备等，可以用于地球观测、侦察、监控和监视任务。这大大扩展了我们的观察和操作范围，同时也降低了人力和物力的消耗。
雷达传感器在无人机上的应用至关重要，它们能在各种天气条件下工作，并不受时间的影响。这就使得无人机可以在雨、雪、雾等恶劣天气条件，或者在夜晚进行任务。
对于小型无人机来说，由于其体积小，重量轻，所以在设计和开发传感器有效载荷时，必须要把重量和体积的限制考虑在内。同时，小型无人机还具有易于运输和低维护成本的优点，使它们在各种任务中得到广泛应用。因此，无论是大型还是小型的无人机，其传感器设计都需要兼顾到功能性和便携性，以满足不同的应用需求。
Airborne Radar for Three dimensional Imaging and Nadir Observation 这是一种专为小型无人机设计的轻量级3D成像雷达系统，这种新型雷达系统结合了多输入多输出(MIMO)，数字波束形成以及合成孔径雷达技术。
小型无人机设计的轻量级3D成像雷达系统技术解析 (https://ic.work/) 传感器 第1张
阵列由N=44个发射元件和M=32个接收元件组成，形成具有1408个虚拟线性天线阵，从而实现了高分辨率的成像能力。合成孔径则由飞机的移动形成，采用合成孔径雷达的原理，实现高的纵向分辨率。这种虚拟线性天线阵列的最优阵元布局是由M个接收元件嵌套在两侧各N /2个发射元件之间。形成的MN的虚拟线阵。
小型无人机设计的轻量级3D成像雷达系统技术解析 (https://ic.work/) 传感器 第2张
该系统采用了相干FMCW雷达技术，有效降低了峰值功率需求、尺寸和重量，同时保证了良好的距离分辨率。ARTINO雷达系统的高频前端设计为Ka波段，这使得雷达天线可以做得更小，非常适合安装在小型无人机的机翼上。
系统的参数设置及数据存储由中央数字和存储单元（DSU）负责，包括扫描时间、带宽设置，以及选择活动的发射天线和触发信号等。
小型无人机设计的轻量级3D成像雷达系统技术解析 (https://ic.work/) 传感器 第3张
根据实验结果，ARTINO雷达系统的性能非常优秀，不仅可以进行目标检测和参数估计，还可以进行目标跟踪和识别等任务，完全满足了无人机在各种环境下的应用需求。

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