Radar de matriz en fase de código abierto

Qué aporta

• Dirección electrónica del haz: escanea un sector de 90 grados con desfasadores en milisegundos sin necesidad de un motor mecánico o una antena giratoria.
• Modo de funcionamiento de doble alcance: capacidad de operación de 3 km en corto alcance (detección de UAV/Drones), 20 km en largo alcance (vigilancia perimetral y seguimiento de aeronaves).
• Procesamiento de señales en tiempo real basado en FPGA: Procesamiento de hardware de ecos de radar sin procesar en FPGA con algoritmos FFT y CFAR de alta velocidad.
• Hardware accesible de bajo costo: Reducir el costo de los radares comerciales y militares de cientos de miles de dólares a menos de mil dólares con diseños de PCB de código abierto.
• Integración de Python y SDR: monitoreo en vivo de datos de radar digital a través de hardware SDR de código abierto y una interfaz Python.

Componentes de hardware y arquitectura de radar.

• Conjunto de antenas microstrip de banda X de 10,5 GHz: elementos de antena multiparche diseñados en capas Rogers/FR4 de baja pérdida.
• Desfasadores controlados numéricamente: circuitos integrados de RF que dirigen el haz en el espacio retrasando la fase de la señal de cada elemento de la antena con una precisión de 5,6 grados.
• Sintetizador de frecuencia FMCW: Oscilador local de alta estabilidad (VCO/PLL) que genera onda continua con modulación de frecuencia lineal.

Software de procesamiento y control de señales.

• Range-Doppler FFT (2D FFT): Cálculo simultáneo de la distancia del objetivo y la velocidad radial aplicando primero el rango y luego Doppler FFT a la señal entrante.
• Detector CFAR (tasa de falsas alarmas constantes): separa objetivos en movimiento reales del ruido de fondo y ecos del suelo (desorden) con umbralización dinámica.
• Pantalla Python GUI y PPI: visualización de seguimientos de objetivos en un mapa en vivo en una pantalla de radar circular tradicional (PPI).

Principio de funcionamiento técnico: FMCW y Phased Array

• Medición de distancia a partir de la diferencia de frecuencia: la frecuencia de batido se obtiene mezclando la señal de chirrido enviada con la señal que regresa del objetivo. Esta frecuencia es directamente proporcional a la distancia.
• Enfoque del haz con interferencia constructiva: al dar un cierto retraso de fase a cada elemento de antena del conjunto, la señal recibe interferencia constructiva en la dirección deseada e interferencia destructiva en otras direcciones.

Escenarios de uso y pruebas de campo.

• Defensa con drones y vehículos aéreos no tripulados de baja altitud: detección de pequeños vehículos aéreos no tripulados en condiciones de niebla o nocturnas donde las cámaras ópticas son inadecuadas.
• Seguridad del perímetro de instalaciones críticas: Monitoreo de aproximaciones de personas o vehículos no autorizados dentro de un radio de 3 km en aeropuertos, centros de datos y sitios industriales.
• Investigación meteorológica y atmosférica: análisis de los movimientos de las nubes y la intensidad de las precipitaciones a escala local mediante métodos micro-Doppler.

Si no programa

Preguntas frecuentes

• ¿Es posible producir el sistema en casa o en el laboratorio? Sí. Todos los esquemas de PCB, archivos de producción Gerber y códigos FPGA Verilog/VHDL del proyecto están disponibles como código abierto en el repositorio de GitHub. Las placas se pueden solicitar a fabricantes de PCB estándar y soldarse en un entorno de laboratorio.
• ¿Cuál es la ventaja de la dirección electrónica del haz sobre los radares mecánicos? Mientras que los radares mecánicos giran entre 1 y 2 revoluciones por segundo, los radares en fase pueden cambiar la dirección del haz en microsegundos. No hay piezas mecánicas desgastadas y puede fijar múltiples objetivos al instante.
• ¿Se requiere un permiso especial de radiofrecuencia para operar? La banda de 10,5 GHz está sujeta a asignaciones de frecuencias para radioaficionados o industriales/científicas (ISM) en muchos países. Aunque se permiten pruebas en laboratorio con potencias de salida bajas, se deben observar las regulaciones locales para transmisiones de largo alcance en exteriores.
• ¿Con qué placas de desarrollo FPGA es compatible? La serie Xilinx Zynq-7000 o las modernas tarjetas AMD UltraScale+ RFSoC son directamente compatibles; Las interfaces ADC/DAC de alta velocidad se conectan a través del conector FMC.

Términos relacionados del glosario

Enlaces

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