حول الثورة في الرادارات والمواعيد النهائية ودخول البعد الرابع

في مواد زملائي بدون طيار الترام و قاطرات ديزلتم ذكر الرادارات. يتم استخدامها على نطاق واسع في صناعة السيارات لتنفيذ ميزات السلامة النشطة والسلبية القياسية. تتطلب حلول أنظمة التحكم المؤتمتة للغاية (بما في ذلك المركبات غير المأهولة) تقنيات أكثر مرونة ومتقدمة. في Cognitive Pilot ، تعمل وحدة خاصة في الرادارات ، التي عملت حتى نهاية عام 2019 كبيت تصميم ، حيث أنتجت حلولًا لشركات صناعة السيارات وموردي المكونات بموجب نموذج العقد. الآن ننتقل إلى نموذج عمل جديد ونعد خط إنتاج ضخم من الرادارات لمجموعة واسعة من العملاء - من مشاريع DIY إلى الشركات المبتدئة والمتنزهات التجريبية. على أساس الحلول المستخدمة في المشاريع التجريبية المعرفية ، سيتم إنشاء المنتجات النهائية للمستخدمين ، والتي يمكن تقسيمها إلى 3 فئات: "MiniRadar" و "Industrial" و "Imaging 4D".يتم استخدام هذه الأجهزة بنشاط في مجموعة متنوعة من الصناعات ، لذا يجدر إخبار المزيد عنها.

الخروج إلى البعد الرابع

عادة لا تستطيع رادارات السيارة تحديد ارتفاع شيء ما ، على الرغم من أنها تستخدم في الصناعة التعيين ثلاثي الأبعاد ، والذي قد يبدو غير المستهدف مثل حيلة تسويقية. نظرًا للخواص الفيزيائية للإشارة (تأثير دوبلر) ، فإنها تقيس 3 معلمات [R ، Az ، V]: المسافة والزاوية (السمت) إلى الجسم ، بالإضافة إلى السرعة وعلامته (يتحرك الجسم بعيدًا أو يقترب من الباعث). تتضمن مجموعة أجهزة الاستشعار النموذجية لسيارة ذاتية القيادة كاميرات فيديو ، بالإضافة إلى رادارات تعمل في نطاق طويل في أي طقس في أنظمة السلامة النشطة وقادرة على إجراء قياسات دقيقة لمشهد ليدار ثلاثي الأبعاد. هذا الأخير ليس رخيصًا (على سبيل المثال ، يثبت Uber الأجهزة بسعر ~ 120،000 دولار) ، ولكنه مطلوب فقط للحصول على سحابة ثلاثية الأبعاد من النقاط ولا يسمح لك بالتخلي عن أجهزة استشعار أخرى. 

فكرنا في إطلاق رادار قادر على استبدال ليدار باهظ الثمن: تخطي المراحل المتوسطة من التحليل والحساب والتقييم ، سأقول على الفور أنه من الممكن تمامًا القيام بذلك. في صيف عام 2017 ، تم إنشاء أول تخطيط عملي لإثبات المفهوم باستخدام نظام هوائي خارجي على مسارات الدليل الموجي. كان من الضروري إنتاجه لتردداتنا (حتى GHz 77) على المعدات الدقيقة - بالنسبة للنماذج التسلسلية ، لم يكن هذا التصميم مناسبًا بسبب الحجم الكبير والتكلفة العالية ، ولكن الغرض من العينات الأولى عادة هو التحقق من المفهوم. بالإضافة إلى ذلك ، لم يتم بناء الرادار على قاعدة العناصر الأكثر مثالية مع الاستخدام النشط للحلول التناظرية. في الوقت نفسه ، لم يكن يحتوي على أجزاء متحركة وكان يعتمد على بنية شبكة رقمية وشكل مخطط رقمي - هذه هي الطريقة التي تعمل بها الرادارات في المقاتلين. الشيء الرئيسي،أن التخطيط جعل من الممكن إثبات الإمكانية الأساسية لمبيعات المنتج.


 

ثم ، بحلول CES 2018 ، قررنا أن نجعل أول نسخة صناعية في العالم من رادار 4D بنظام هوائي مستو (سنتحدث عنه أدناه) ، قادر على قياس النطاق ، السمت ، الارتفاع والسرعة [R ، Az ، Ev ، V]. في الوقت المناسب لبدء الحدث ، كان من الضروري إعادة تصميم جزء الميكروويف بالكامل في وقت قصير. أصبح الشركاء المشكلة: استغرق الأمر شهرًا ونصفًا لإنتاج لوح من مادة الميكروويف الخاصة لمشروعنا ، واستغرق الأمر عدة تكرارات للحصول على نسخة عمل. كان علينا أن نرفض خدمات المقاولين الأجانب ، وفي روسيا لا تعمل المصانع مع هذه المواد. بالنسبة للتصميم الصناعي (ولكن أيضًا بمستوى إثبات صحة المفهوم فيما يتعلق بمواد لوحة الدوائر المطبوعة) ، قررنا اختيار شريك قريب ومفهوم - شركة Tomsk NIIPP JSC.استغرقت جميع التكرارات لتصنيع الهوائي على خط إنتاج السيراميك ذي درجة الحرارة المنخفضة LTCC حوالي شهر ، وأود أن أتوجه بشكره الخاص إليه شخصيًا إلى Evgeny Alexandrovich Monastyrev. 

ونتيجة لذلك ، حصلنا على أنحف صفيحة سيراميك لمنطقة كبيرة ، حيث تم إنشاء هوائي مستوي. كان من المطلوب لصقها في علبة الرادار ، مثبتة على التيتانيوم (بسبب التيتانيوم والسيراميك KTR ، بحيث لا ينكسر اللوح أثناء تغيرات درجة الحرارة): نظرًا لأن المواعيد النهائية كانت تحترق ، كان علي أن أحملها بالطائرة من موسكو في حقيبتي. ثم احتجنا إلى جمع الرادار ، ولدينا الوقت لاختباره وتقديم عرض توضيحي بحلول 4 يناير. 


أزمة ... كما يقولون ، كسرت "لوحة" من أجل السعادة. قطعة من اللوح الخزفي نفسه

صورة تحت المجهر لإقران هوائي خزفي ولوح به شرائح دقيقة لجهاز الإرسال والاستقبال مصنوع باستخدام أسلاك ذهبية بسماكة شعر

قدرة التحمل للوحة السيراميك منخفضة ، لذلك يجب لصقها على قاعدة صلبة. تم استخدام صحافة خاصة لهذه العملية - كما تعامل المتخصصون في NIIPP مع هذا. جاءت اللحظة الأكثر إثارة في 27 - 28 ديسمبر ، عندما انفجر منتج صنع في نسخة واحدة أثناء عملية التجميع. دخل زملاؤنا من تومسك في موقفنا: صرخوا "نحن لا نتخلى عن أصدقائنا" و "أصدقاءنا في لاس فيغاس" ، أطلق الرجال خط الإنتاج وعملوا في 30 و 31 ديسمبر ، بحيث بحلول 1 يناير سنحصل على النظام المجمع. لمدة يومين ، قمنا بتثبيت الجهاز وتكوينه وتصحيحه بالكامل ، وبحلول 4 يناير ، قمنا بعمل عرض توضيحي يوضح عمله. بالطبع ، في وقت لاحق استخدمنا نفس المواد المستوردة مع خصائص التردد الراديوي اللازمة ،ولكن في نهاية عام 2017 ، كانت شركة محلية فقط قادرة على إنتاج نموذج أولي مناسب في الوقت المحدد. 


: , ..


« CES»

كنا بحاجة إلى إنشاء أجهزة مدمجة رخيصة الثمن نسبيًا بدون تحريك الأجزاء ، حتى تتمكن الشركات الصغيرة وحتى الأشخاص من صنع المنزل من تحملها. نظرًا لأنه لا يمكن خداع قوانين الفيزياء ، فقد أصبح تطوير جزء الميكروويف مشكلة خطيرة: للحصول على دقة زاوية عالية ، كان مطلوبًا وجود صفيف هوائي كامل المراحل. في جميع الرادارات نقوم بتثبيت أنظمة هوائي مستوية (microstrip) تنفذ على شكل مسارات ذات شكل خاص على الألواح. نظرًا للترددات الراديوية العالية (حتى 81 جيجا هرتز) ، فإن مادة القماش المستخدمة في الإلكترونيات التقليدية ليست مناسبة لتصنيعها - هناك حاجة إلى مواد خاصة لضمان مستوى منخفض من توهين الإشارة لكل سنتيمتر خطي. 

هناك مشكلة أخرى تتعلق بالملء الإلكتروني للجهاز ، والذي يجب أن يكون مضغوطًا ، ولكنه يعمل تمامًا. تعالج الرادارات المعلومات على متن الطائرة ، ولا تقدم فقط نوعًا من الإشارة التناظرية - عند الإخراج الذي يحتاجه المستخدم للحصول على إحداثيات الأشياء ، بالإضافة إلى اتجاه وسرعة تحركها. في العقود الأخيرة ، قطعت الإلكترونيات الدقيقة خطوات كبيرة ، والآن تتوفر أنظمة متكاملة للغاية في السوق تتيح لك تنفيذ العديد من الوظائف الضرورية. تسمح لك أحدث موديلات الجيل بعمل رادار على شريحة واحدة ، على الرغم من أنه سيكون جهازًا بسيطًا نسبيًا. تحتوي الرقاقة على جزء تمثيلي ، بما في ذلك مجموعات من أجهزة الاستقبال والإرسال ، و ADC ، بالإضافة إلى مسرعات الأجهزة ، والتي ، على وجه الخصوص ، تحويل فورييه السريع. تحتوي الوحدة الرقمية على معالج DSP (معالجة الإشارة الرقمية) ومعالج ARM.يتوافق مستوى معالجة المعلومات مع قدرات المستشعر نفسه: في الرادارات ذات عدد صغير من القنوات وبأقل دقة في الزاوية ، يتم تثبيت الرقائق المقابلة لاحتياجاتهم. 



تعمل جميع مستشعرات الرادار الطيار المعرفي وفقًا لمبدأ MIMO (المخرجات المتعددة المدخلات المتعددة ؛ المدخلات المتعددة ، المخرجات المتعددة - طريقة لتشفير الإشارة المكانية ، والتي تسمح بزيادة عرض النطاق الترددي للقناة). يتم فصل كتل أجهزة الاستقبال والإرسال هندسيًا ، بينما يمكن أن ترسل أجهزة الإرسال إشارة بدورها (تقسيم الوقت للقنوات) أو في شكل تسلسلات رمز مختلفة (تقسيم الشفرة للقنوات) ، بالإضافة إلى الجمع بين هذه الأساليب. بهذه الطريقة ، يمكنك تحسين خصائص الرادار دون تعقيد وزيادة تكلفة الهيكل. الميزة الرئيسية هنا هي تقليل العدد المطلوب من قنوات الاستقبال. في أصغر راداراتنا ، على سبيل المثال ، 3 أجهزة إرسال و 4 أجهزة استقبال. تصدر أجهزة الإرسال في وقت واحد تسلسلات رمز مختلفة ، ويتم عمل شيء مشابه في معايير 3G و CDMA.تستقبلهم أربعة أجهزة استقبال مادية بشكل منفصل وتجمع الإشارة من كل جهاز إرسال - ونتيجة لذلك ، يتم الحصول على 12 قناة استقبال افتراضية ، ونتيجة لذلك يتم مضاعفة الدقة ثلاث مرات دون تعديل التصميم المادي. وبخلاف ذلك ، لتحقيق نتيجة مشابهة ، ستكون هناك حاجة إلى 8 مسارات وخطوط استقبال إضافية ووحدات ADC إضافية ، الأمر الذي من شأنه أن يعقد التصميم ويزيد من تكلفة الرادار بمضاعفات.

نقوم بتكديس التطوير بالكامل بأنفسنا: نصمم جزءًا من الميكروويف والحشو الإلكتروني ومكونات الأجهزة الأخرى ، بالإضافة إلى إنشاء تصميم الجهاز. الحديد هو مهم جدا ، ولكن فقط جزء لا يتجزأ من الرادار. تعتمد كيفية عملها وما هي البيانات التي يمكن سحبها منها على الخوارزميات: اكتشاف الكائنات ، وفلاتر المعالجة الثانوية ، وتسلسل الكود - كل هذا نقوم بتصميمه أيضًا بأنفسنا. خوارزمية النموذج الرياضي بالكامل ، بدءًا من تكوين الإشارات. للقيام بذلك ، في الحل أحادي الشريحة ، الذي تستند إليه رادارات سلسلة Cognitive Pilot Mini ، يتم تضمين البرامج الثابتة المعقدة جدًا. يمكن أن يميز الأنظمة الفرعية المختلفة ، على سبيل المثال ، للتحكم في الأجهزة الطرفية التناظرية أو مسرعات الأجهزة. تم تكوين الحل بمرونة ، مما يسمح لك بتحسين تدفق البيانات وحركتها بين الكتل المختلفة. 

الخط الواصل

إن رادارات السلسلة الصغيرة هي حلول لوحة واحدة جاهزة يمكن توصيلها عبر موصل CAN أو SPI (اعتمادًا على الإصدار) ، على سبيل المثال ، إلى كمبيوتر السيارة الموجود في السيارة وحتى إلى وحدة التحكم الدقيقة Arduino ، والتي تحظى بشعبية لدى مصنعي DIY. تتشابه سلاسل أخرى معها من حيث أنظمة الهوائي (زاوية الرؤية الأفقية لجميع الموديلات تتراوح من 120 درجة إلى 150 درجة) ، لكنها بالفعل حلول أكثر تعقيدًا من عدة وحدات (ميكروويف ، معالجة رقمية ، طاقة وواجهات). لديهم قنوات أكثر بكثير ، وبالتالي دقة زاوية أعلى بكثير: في النماذج الصناعية ، على سبيل المثال ، يوجد بالفعل 32 جهاز استقبال ، الأمر الذي يتطلب قوة حاسوبية خطيرة.بالإضافة إلى اللوحة التناظرية الرقمية الرئيسية مع مجموعة من أجهزة الإرسال والاستقبال ونظام الهوائي ، يجب عليك تثبيت وحدات معالجة رقمية إضافية (لوحات) مع معالج DSP قوي ومحول إيثرنت مزودًا بالطاقة عبر كابل الشبكة. 



لا يزال رادار التصوير رباعي الأبعاد بزاوية عرض أفقية من 120 درجة - 150 درجة يضخ الحزمة في مستوى رأسي. مع العلم في أي لحظة تظهر فيها الإشارة المنعكسة وتختفي ، يمكنك أن تأخذ المحمل ، وتفهم الزاوية الرأسية للحزمة الموجهة نحو الجسم وتحدد الإحداثيات الثالثة للنقطة. تم ترخيص إصدار إنتاج الجيل الأول من رادار 4D مع العديد من عملائنا. منذ ذلك الحين ، تقدمنا ​​إلى الأمام ونعد الآن حلًا جديدًا بتقنيات أكثر تقدمًا مما تم استخدامه في 2017. والتي ، بالمناسبة ، لن يكون لها قيود تعاقدية ، وبالتالي ستصبح متاحة لمجموعة واسعة من المستخدمين.


صورة لنموذج التصوير رباعي الأبعاد الحالي

تتميز أجهزة السلسلة المختلفة بالوظائف ، بالإضافة إلى جودة النتائج. تم تصميم سلسلة Mini لتنفيذ أنظمة الكبح في حالات الطوارئ ، أو التحكم التكيفي في ثبات السرعة أو مراقبة النقطة العمياء في السيارات. يمكن استخدام المستشعرات الصناعية في المجمعات الصناعية الآلية ، في أنظمة المراقبة أو ، على سبيل المثال ، في قاطرات الديزل ، وتم تصميم حلول Imaging 4D المتقدمة للمركبات ذاتية القيادة.

خطط مستقبلية

منذ بداية عام 2020 ، كنا نحاول توفير تقنيات الرادار المعرفي التجريبي للعملاء الشامل. هناك الكثير من التقدم: فتحة مركبة للصور عالية الدقة للغاية ، وتقدير توقيعات الكائنات على أساس اضطرابات دوبلر الدقيقة ، والدقة الفائقة ، والتعريب بناءً على بيانات الرادار.


دقة عالية - هذه هي الطريقة التي يرى بها الرادار السيارات المتوقفة في وضع تركيب الفتحة.

نبتكر حلولًا في قطاعات فنية وأسعار مختلفة بحيث يمكن للمستخدمين اختيار الأفضل لمشاريعهم. بشكل عام ، هناك العديد من الخطط ، وهناك المزيد من المهام الرائعة (لا نفتقد البحث والتطوير) ، لذلك في المقالات التالية سنخبر القراء بمزيد من التفاصيل حول التقنيات التي نستخدمها.