Radar multiéléments open source

Ce que ça vous apporte

• Orientation de faisceau électronique : balayage d'un secteur de 90 degrés en quelques millisecondes grâce à des déphaseurs, sans nécessiter de moteur mécanique ou d'antenne rotative.
• Mode de fonctionnement double portée : capacité opérationnelle de 3 km à courte portée (détection d'UAV/drone) et de 20 km à longue portée (surveillance périmétrique et suivi d'aéronefs).
• Traitement du signal en temps réel basé sur FPGA : traitement matériel des échos radar bruts sur FPGA avec des algorithmes FFT et CFAR à grande vitesse.
• Matériel accessible à faible coût : réduire le coût des radars commerciaux et militaires, qui se chiffre en centaines de milliers de dollars, à moins de mille dollars grâce à des conceptions de circuits imprimés open source.
• Intégration Python et SDR : surveillance en direct des données radar numériques via du matériel SDR open source et une interface Python.

Composants matériels et architecture radar

• Réseau d'antennes micro-ruban bande X 10,5 GHz : éléments d'antenne patch multiples conçus sur des substrats Rogers/FR4 à faibles pertes.
• Déphaseurs à commande numérique : circuits intégrés RF qui orientent le faisceau dans l'espace en retardant la phase du signal de chaque élément d'antenne avec une précision de 5,6 degrés.
• Synthétiseur de fréquence FMCW : oscillateur local à haute stabilité (VCO/PLL) générant une onde continue à modulation de fréquence linéaire.

Logiciel de traitement du signal et de contrôle

• FFT de portée-Doppler (FFT 2D) : calcul simultané de la distance et de la vitesse radiale d'une cible en appliquant d'abord une FFT de portée, puis une FFT Doppler au signal entrant.
• Détecteur CFAR (Constant False Alarm Rate) : filtrage des cibles mobiles réelles parmi le bruit de fond et les échos de sol (clutter) grâce à un seuil dynamique.
• Interface graphique Python et écran PPI : visualisation des traces de cibles sur une carte en direct via un écran radar circulaire traditionnel (PPI).

Principe de fonctionnement technique : FMCW et réseau de phase

• Mesure de distance par différence de fréquence : le signal de battement (beat frequency) est obtenu en mélangeant le signal chirp émis avec le signal réfléchi par la cible. Cette fréquence est directement proportionnelle à la distance.
• Formation de faisceau par interférence constructive : En appliquant un déphasage spécifique à chaque élément d'antenne du réseau, le signal est rendu constructif dans la direction souhaitée et destructif dans les autres directions.

Scénarios d'utilisation et tests sur le terrain

• Défense contre les drones et les UAV à basse altitude : détection de petits véhicules aériens sans pilote dans des conditions de brouillard ou de nuit où les caméras optiques s'avèrent insuffisantes.
• Sécurité périmétrique des sites critiques : surveillance des approches non autorisées de personnes ou de véhicules dans un rayon de 3 km autour des aéroports, centres de données et sites industriels.
• Recherches météorologiques et atmosphériques : analyse des mouvements nuageux et de l'intensité des précipitations à l'échelle locale par des méthodes micro-Doppler.

Si vous ne codez pas

Questions fréquemment posées

• Est-il possible de fabriquer le système à la maison ou en laboratoire ? Oui. Tous les schémas PCB, les fichiers de production Gerber et les codes FPGA Verilog/VHDL du projet sont disponibles en open source dans le dépôt GitHub. Les cartes peuvent être commandées auprès de fabricants de PCB standard et soudées en laboratoire.
• Quel est l'avantage du balayage électronique par rapport aux radars mécaniques ? Alors que les radars mécaniques effectuent 1 à 2 tours par seconde, les radars à balayage électronique peuvent modifier la direction du faisceau en quelques microsecondes. Il n'y a aucune pièce mécanique sujette à l'usure et ils peuvent se verrouiller instantanément sur plusieurs cibles.
• Une autorisation de radiofréquence spécifique est-elle nécessaire pour l'utiliser ? La bande des 10,5 GHz est soumise dans de nombreux pays à des attributions de fréquences pour radioamateurs ou à usage industriel/scientifique (ISM). Bien que les tests en laboratoire à faible puissance de sortie soient libres, les réglementations locales doivent être respectées pour les transmissions longue portée en extérieur.
• Avec quelles cartes de développement FPGA est-il compatible ? Les séries Xilinx Zynq-7000 ou les cartes modernes AMD UltraScale+ RFSoC sont directement prises en charge ; les interfaces ADC/DAC haute vitesse se connectent via le connecteur FMC.

Termes liés du glossaire

Liens

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