Dronolokator to uniwersalny demonstrator radaru FMCW, który dzięki swojej modułowej konstrukcji może być łatwo zaadaptowany do dowolnych celów. Aktualnie funkcjonuje w kilku formach, które różnią się przede wszystkim ilością kanałów odbiorczych oraz pasmem. Najczęściej wykorzystujemy dwu i czterokanałowe konfiguracje paśmie C. (oczywiście możliwa jest praca w dowolnym innym paśmie np. X). Prace nad tym projektem są na tyle zaawansowane, że coraz częściej pełni on rolę narzędzia badawczego lub po prostu służy do rozwijania innych projektów.
Modułową strukturę projektu obrazuje schemat blokowy na rysunku 1. Można na nim wyróżnić dwie anteny odbiorcze (Rx1 i Rx2), analogowy frontend mikrofalowy (AFE), dwa urządzenia USRP (np. N200), komputer wykonujący obliczenia równolegle na dwóch procesorach sygnałowych (celem wykrycia ech od obiektów w sygnale) oraz układ śledzący (Tracker). W tym przypadku jest to więc konfiguracja dwukanałowa z dwoma równoległymi procesorami sygnałowymi. Dodatkowo system jest wyposażony we wskaźnik wizualizujący dane pomiarowe oraz obsługujący protokoły sterujące.
Rysunek 1. Schemat ideowy Dronolokatora
AFE
System może współpracować z różnymi układami analogowymi i antenami zależnie od bieżących potrzeb. Na rysunku 2 znajduje się zdjęcie dwukanałowego frontendu pasma C zbudowanego z elementów Mini Circuits. Działanie takiego frontendu polega na tym, że jeden USRP generuje sygnał nadawany (chirp), który ulega powieleniu uzyskując szersze pasmo i docelową częstotliwość nośną. Jedna jego część jest wzmacniana i trafia do anteny nadawczej, druga zaś stanowi sygnał referencyjny, który w wyniku zmieszania z kanałami odbiorczymi tworzy zestaw sygnałów zdudnień. Potem są one przekształcane do postaci cyfrowej (drugi USRP) i wysyłane do komputera celem dalszego przetwarzania.
Rysunek 2. Dwukanałowy frontend analogowy
DSP
Przez procesor sygnałowy rozumie się tutaj byt przedstawiony na schemacie z rysunku 3. Jest to nic innego jak tor przetwarzania sygnałów radiolokacyjnych zaimplementowany w C++/OpenCL. Taka implementacja umożliwia jego uruchomienie na różnych platformach sprzętowych. Mogą to być wydajne dedykowane karty graficzne, zintegrowane karty graficzne, procesory z rodziny x86 i inne.
Rysunek 3. Schemat blokowy modułu DSP
System zakłada wykorzystanie jednego lub wielu równoległych torów przetwarzania od sygnału zdudnień do detekcji ech od obiektów. Wyjściem procesora są tzw. Ploty czyli byty posiadające odległość i prędkość radialną, estymaty kątów nadejścia sygnału, wariancji błędów pomiaru, SNR. W zależności od potrzeb możliwe jest przetwarzanie tego samego sygnału z różnymi parametrami celem poprawienia czułości na różne rodzaje obserwowanych obiektów. Na przykład jeden tor specjalizowany w detekcji dronów, drugi ludzi trzeci helikopterów. Z drugiej strony, kiedy zadane parametry sygnału radiolokacyjnego powodują, że jego przetworzenie w czasie rzeczywistym jest nie możliwe przy pomocy pojedynczego urządzenia to można go w prosty sposób podzielić na kilka różnych procesorów – zwiększenie mocy obliczeniowej.
Tracker
Zastosowano wielohipotezowy układ śledzenia z aukcyjnym priorytetowym algorytmem asocjacji i dwustopniowym filtrem Kalmana (tradycyjnym do obsługi logiki we współrzędnych R/V i rozszerzonym w układzie biegunowym/sferycznym). Tracker dodatkowo umożliwia fuzję danych z równoległych torów przetwarzania.
Przykładowe wyniki pomiarów (Parzniew 12.12.2020)
W tej kampanii pomiarowej wykorzystano dwukanałowy Dronolokator pasma C do śledzenia przelotu drona widocznego na zdjęciu z rysunku 4. Przykładowe wyniki znajdują się na rysunkach 5 i 6. Kolorem żółtym zaznaczono zmierzone położenie drona, a ikonka z logiem koła oznacza miejsce w którym znajdował się radar.
Rysunek 4. Zdjęcie drona wykorzystywanego w trakcie pomiarów