राडार में क्रांति पर, समय सीमा और चौथे आयाम में प्रवेश

मानव रहित ट्राम और डीजल इंजनों के बारे में मेरे सहयोगियों के लेखों मेंराडार का उल्लेख किया गया। वे मोटर वाहन उद्योग में व्यापक रूप से मानक सक्रिय और निष्क्रिय सुरक्षा सुविधाओं को लागू करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। अत्यधिक स्वचालित नियंत्रण प्रणालियों (मानव रहित वाहनों सहित) के समाधान के लिए अधिक लचीली और उन्नत तकनीकों की आवश्यकता होती है। कॉग्निटिव पायलट में, एक विशेष इकाई रडार में लगी हुई है, जो 2019 के अंत तक डिजाइन हाउस के रूप में काम करती है, जो अनुबंध मॉडल के तहत ऑटोमेकर और घटक आपूर्तिकर्ताओं के लिए समाधान का उत्पादन करती है। अब हम एक नए बिजनेस मॉडल की ओर बढ़ रहे हैं और DIY प्रोजेक्ट्स से लेकर स्टार्ट-अप्स और पायलट पार्कों तक - ग्राहकों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए रडार की एक बड़े पैमाने पर उत्पादन लाइन तैयार कर रहे हैं। संज्ञानात्मक पायलट परियोजनाओं में उपयोग किए गए समाधानों के आधार पर, उपयोगकर्ताओं के लिए तैयार उत्पाद बनाए जाएंगे, जिन्हें 3 श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: "मिनीरडार", "औद्योगिक" और "इमेजिंग 4 डी"।ऐसे उपकरण विभिन्न प्रकार के उद्योगों में सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते हैं, इसलिए यह उनके बारे में अधिक बताने लायक है।

चौथे आयाम से बाहर निकलें

आमतौर पर कार रडार किसी वस्तु की ऊंचाई निर्धारित नहीं कर सकते हैं, हालांकि उद्योग में वे 3 डी पदनाम का उपयोग करते हैं, जो कि बिना किसी विपणन चाल के लग सकता है। सिग्नल (डॉपलर प्रभाव) के भौतिक गुणों के कारण, वे 3 मापदंडों [आर, एज़, वी] को मापते हैं: ऑब्जेक्ट के लिए दूरी और कोण (एज़िमुथ), साथ ही गति और इसका संकेत (ऑब्जेक्ट हट जाता है या एमिटर के पास जाता है)। एक सेल्फ ड्राइविंग कार के लिए सेंसर का एक विशिष्ट सेट में वीडियो कैमरा, साथ ही सक्रिय सुरक्षा प्रणालियों में किसी भी मौसम में लंबी दूरी तक चलने वाले रडार और तीन आयामी लिडार दृश्य के सटीक माप करने में सक्षम हैं। उत्तरार्द्ध सस्ता नहीं है (कहते हैं, उबेर ~ $ 120,000 की कीमत के लिए उपकरण स्थापित करता है), लेकिन केवल तीन-आयामी बादलों को प्राप्त करने के लिए आवश्यक है और आपको अन्य सेंसर को छोड़ने की अनुमति नहीं देता है। 

हमने महंगे लिडार को बदलने में सक्षम रडार को जारी करने के बारे में सोचा: विश्लेषण, गणना और मूल्यांकन के मध्यवर्ती चरणों को छोड़ दें, तो मैं तुरंत कहूंगा कि इसे बनाना पूरी तरह से संभव था। 2017 की गर्मियों में, पहला काम प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट लेआउट वेवगाइड पथों पर बाहरी एंटीना प्रणाली के साथ बनाया गया था। यह हमारे उपकरण के लिए (77 गीगाहर्ट्ज तक) सटीक उपकरणों पर उत्पादन करने के लिए आवश्यक था - धारावाहिक मॉडल के लिए, यह डिज़ाइन बल्कनेस और उच्च लागत के कारण उपयुक्त नहीं था, लेकिन पहले नमूनों का उद्देश्य आमतौर पर अवधारणा को सत्यापित करना है। इसके अलावा, रडार को एनालॉग समाधानों के सक्रिय उपयोग के साथ सबसे सही तत्व आधार नहीं बनाया गया था। इसी समय, इसमें मूविंग पार्ट्स नहीं थे और यह एक डिजिटल जाली और डिजिटल चार्ट गठन की वास्तुकला पर आधारित था - यह है कि राडार सेनानियों में कैसे काम करते हैं। सबसे ज़रूरी चीज़,लेआउट ने उत्पाद की बिक्री की मौलिक संभावना को साबित करना संभव बना दिया है।


 

फिर, सीईएस 2018 तक, हमने दुनिया के पहले औद्योगिक संस्करण को 4 डी रडार के साथ एक प्लैनर एंटीना सिस्टम (हम इसके बारे में नीचे बात करेंगे), मापने के लिए सक्षम रेंज, अज़ीमथ, ऊंचाई और गति [आर, एज़, ईव, वी] बनाने का फैसला किया। घटना की शुरुआत के लिए समय में होने के लिए, थोड़े समय में माइक्रोवेव भाग को पूरी तरह से फिर से डिज़ाइन करना आवश्यक था। साझेदार समस्या बन गए: हमारी परियोजना के लिए विशेष माइक्रोवेव सामग्री से एक बोर्ड का निर्माण करने में एक-डेढ़ महीने का समय लगा, और एक कामकाजी संस्करण प्राप्त करने के लिए कई पुनरावृत्तियों को लिया। हमें विदेशी ठेकेदारों की सेवाओं से इनकार करना पड़ा, और रूस में कारखानों में ऐसी सामग्री के साथ काम नहीं किया जाता है। एक औद्योगिक डिजाइन के लिए (लेकिन मुद्रित सर्किट बोर्ड सामग्री के संदर्भ में एक अवधारणा के स्तर का भी), हमने एक करीबी और समझने योग्य साथी चुनने का फैसला किया - टॉम्स्क कंपनी NIIPP JSC।एलटीसीसी कम तापमान वाले सिरेमिक उत्पादन लाइन पर एंटीना के निर्माण के लिए सभी पुनरावृत्तियों में लगभग एक महीने का समय लगा, जिसके लिए मैं विशेष रूप से एव्जेनी एलेक्जेंड्रोविच मॉनस्ट्रेव को व्यक्तिगत रूप से धन्यवाद कहना चाहूंगा। 

नतीजतन, हमें एक बड़े क्षेत्र की सबसे पतली सिरेमिक प्लेट मिली, जिस पर एक प्लांटर एंटीना लगा था। इसे रडार केस में विभाजित किया जाना आवश्यक था, एक टाइटेनियम पर तय किया गया (केटीआर टाइटेनियम और मिट्टी के पात्र के कारण, ताकि बोर्ड तापमान परिवर्तन के दौरान टूट न जाए) आधार: चूंकि समय सीमाएं जल रही थीं, मुझे अपने सामान में मास्को से विमान द्वारा ले जाना था। फिर हमें रडार को इकट्ठा करने, इसे परीक्षण करने और 4 जनवरी तक एक डेमो बनाने का समय चाहिए। 


क्रंच ... जैसा कि वे कहते हैं, खुशी के लिए "प्लेट" को तोड़ दिया। एक ही सिरेमिक बोर्ड का एक टुकड़ा

एक सिरेमिक एंटीना की जोड़ी के माइक्रोस्कोप के नीचे एक तस्वीर और बालों की मोटाई के साथ सोने के तारों का उपयोग करके बनाए गए ट्रांसीवर के माइक्रोचिप्स के साथ एक बोर्ड

सिरेमिक बोर्ड की असर क्षमता कम है, इसलिए इसे कठोर आधार पर विभाजित किया जाना चाहिए। इस ऑपरेशन के लिए एक विशेष प्रेस का उपयोग किया गया था - NIIPP विशेषज्ञों ने भी इससे निपटा। सबसे नाटकीय क्षण 27 - 28 दिसंबर को आया था, जब विधानसभा प्रक्रिया के दौरान एक ही प्रतिलिपि में बनाया गया उत्पाद फट गया था। टॉम्स्क के सहकर्मियों ने हमारी स्थिति में प्रवेश किया: चिल्लाते हुए, "हम अपने दोस्तों को नहीं देते" और "लास वेगास में हमारे", दोस्तों ने उत्पादन लाइन लॉन्च की और 30 और 31 दिसंबर को काम किया, ताकि 1 जनवरी तक हमें असेंबली सिस्टम मिल जाए। 2 दिनों के लिए, हमने हार्डवेयर को पूरी तरह से स्थापित, कॉन्फ़िगर और डीबग किया और 4 जनवरी तक हमने इसका काम दिखाते हुए एक डेमो बनाया। बेशक, बाद में हमने उसी आयातित सामग्री का उपयोग आवश्यक रेडियो आवृत्ति गुणों के साथ किया,लेकिन 2017 के अंत में, केवल एक घरेलू कंपनी समय पर एक उपयुक्त प्रोटोटाइप का उत्पादन करने में सक्षम थी। 


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हमें भागों के बिना अपेक्षाकृत सस्ती कॉम्पैक्ट डिवाइस बनाने की आवश्यकता थी, ताकि छोटे स्टार्टअप और यहां तक ​​कि घर के बने लोग उन्हें बर्दाश्त कर सकें। चूंकि भौतिकी के नियमों को धोखा नहीं दिया जा सकता है, माइक्रोवेव भाग का विकास एक गंभीर समस्या बन गया है: एक उच्च कोणीय संकल्प प्राप्त करने के लिए, एक पूर्ण चरणबद्ध एंटीना सरणी की आवश्यकता थी। सभी राडार में हम बोर्ड पर एक विशेष आकार के पटरियों के रूप में कार्यान्वित प्लानर (माइक्रोस्ट्रिप) एंटीना सिस्टम स्थापित करते हैं। उच्च रेडियो आवृत्तियों (81 गीगाहर्ट्ज तक) के कारण, पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले टेक्स्टोलिट उनके निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं - रैखिक स्तर पर प्रति सेंटीमीटर सिग्नल क्षीणन सुनिश्चित करने के लिए विशेष सामग्री की आवश्यकता होती है। 

एक और समस्या डिवाइस के इलेक्ट्रॉनिक भरने से संबंधित है, जो कॉम्पैक्ट होना चाहिए, लेकिन काफी कार्यात्मक है। रैडर्स बोर्ड पर जानकारी की प्रक्रिया करते हैं, और न केवल कुछ प्रकार के एनालॉग सिग्नल देते हैं - आउटपुट में उपयोगकर्ता को वस्तुओं के निर्देशांक प्राप्त करने की आवश्यकता होती है, साथ ही उनके आंदोलन की दिशा और गति भी। हाल के दशकों में, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक ने काफी प्रगति की है, और अब बाजार पर अत्यधिक एकीकृत सिस्टम उपलब्ध हैं जो आपको कई आवश्यक कार्यों को लागू करने की अनुमति देते हैं। नवीनतम पीढ़ी के मॉडल आपको एकल चिप पर एक रडार बनाने की अनुमति देते हैं, हालांकि यह एक अपेक्षाकृत सरल उपकरण होगा। चिप में एक एनालॉग भाग होता है, जिसमें रिसीवर और ट्रांसमीटरों के ब्लॉक, एडीसी, साथ ही हार्डवेयर त्वरक शामिल होते हैं, जो विशेष रूप से, तेजी से फूरियर रूपांतरण करते हैं। डिजिटल यूनिट में एक डीएसपी (डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग) प्रोसेसर और एक एआरएम प्रोसेसर होता है।सूचना प्रसंस्करण का स्तर स्वयं सेंसर की क्षमताओं के अनुरूप है: रडार में चैनलों की एक छोटी संख्या और कोण में सबसे कम रिज़ॉल्यूशन के साथ, उनकी आवश्यकताओं के अनुरूप चिप्स स्थापित किए जाते हैं। 



सभी संज्ञानात्मक पायलट रडार सेंसर MIMO सिद्धांत (मल्टीपल इनपुट मल्टीपल आउटपुट; मल्टीपल इनपुट, मल्टीपल आउटपुट - स्थानिक सिग्नल कोडिंग की एक विधि, जो चैनल बैंडविड्थ को बढ़ाने की अनुमति देता है) के अनुसार काम करते हैं। रिसीवर और ट्रांसमीटरों के ब्लॉक ज्यामितीय रूप से अलग होते हैं, जबकि ट्रांसमीटर बदले में एक संकेत का उत्सर्जन कर सकते हैं (चैनलों का समय विभाजन) या विभिन्न कोड अनुक्रमों (चैनलों के कोड विभाजन) के रूप में, साथ ही साथ इन दृष्टिकोणों को जोड़ते हुए। इस तरह, आप संरचना की लागत को जटिल और बढ़ाए बिना रडार की विशेषताओं में सुधार कर सकते हैं। यहां मुख्य प्लस प्राप्त चैनलों की आवश्यक संख्या में कमी है। हमारे सबसे छोटे रडार में, उदाहरण के लिए, 3 ट्रांसमीटर और 4 रिसीवर। ट्रांसमीटर एक साथ विभिन्न कोड अनुक्रमों का उत्सर्जन करते हैं, ऐसा ही कुछ 3 जी और सीडीएमए मानकों में किया जाता है।चार भौतिक रिसीवर अलग से उन्हें प्राप्त करते हैं और प्रत्येक ट्रांसमीटर से संकेत एकत्र करते हैं - परिणामस्वरूप, 12 आभासी प्राप्त चैनल प्राप्त होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप संकल्प भौतिक डिजाइन के संशोधन के बिना तीन गुना होता है। अन्यथा, एक समान परिणाम प्राप्त करने के लिए, 8 और प्राप्त पथ, लाइनों और अतिरिक्त एडीसी की आवश्यकता होगी, जो डिजाइन को जटिल करेगा और कई द्वारा रडार की लागत में वृद्धि करेगा।

हम संपूर्ण विकास स्वयं करते हैं: हम माइक्रोवेव, इलेक्ट्रॉनिक स्टफिंग और अन्य हार्डवेयर घटकों का हिस्सा बनाते हैं, साथ ही डिवाइस का डिज़ाइन भी बनाते हैं। लोहा एक बहुत महत्वपूर्ण है, लेकिन केवल रडार का एक अभिन्न अंग है। यह कैसे काम करता है और इससे कौन सा डेटा निकाला जा सकता है, यह एल्गोरिदम पर निर्भर करता है: ऑब्जेक्ट डिटेक्शन, सेकेंडरी प्रोसेसिंग फिल्टर, कोड सीक्वेंस - यह सब हम खुद भी डिजाइन करते हैं। गणितीय मॉडल का पूरा एल्गोरिथ्म, संकेतों के निर्माण से शुरू होता है। ऐसा करने के लिए, एकल-चिप समाधान में, जिस पर संज्ञानात्मक पायलट मिनी श्रृंखला रडार स्थित हैं, काफी परिष्कृत फर्मवेयर एम्बेडेड है। यह विभिन्न उप प्रणालियों को भेद कर सकता है, उदाहरण के लिए, एनालॉग बाह्य उपकरणों या हार्डवेयर त्वरक को नियंत्रित करने के लिए। समाधान लचीले रूप से कॉन्फ़िगर किया गया है, जिससे आप विभिन्न प्रखंडों के बीच डेटा प्रवाह और उनके आंदोलन का अनुकूलन कर सकते हैं। 

पंक्ति बनायें

मिनी श्रृंखला के रडार तैयार किए गए एकल-बोर्ड समाधान हैं जो कि कैन या एसपीआई कनेक्टर (संस्करण पर निर्भर करता है) के माध्यम से जोड़ा जा सकता है, उदाहरण के लिए, कार के ऑन-बोर्ड कंप्यूटर और यहां तक ​​कि Arduino माइक्रोकंट्रोलर के लिए, जो DIY निर्माताओं के लिए लोकप्रिय है। एंटीना श्रृंखला के संदर्भ में अन्य श्रृंखलाएं उनके समान हैं (सभी मॉडलों के लिए क्षैतिज देखने का कोण 120 डिग्री से 150 डिग्री तक है), लेकिन ये पहले से ही कई मॉड्यूल (माइक्रोवेव, डिजिटल प्रोसेसिंग, पावर और इंटरफेस) से अधिक जटिल समाधान हैं। उनके पास काफी अधिक चैनल हैं, और इसलिए बहुत अधिक कोणीय संकल्प: औद्योगिक मॉडल में, उदाहरण के लिए, पहले से ही 32 रिसीवर हैं, जिनके लिए आवश्यक कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है।ट्रांसीवर और एक एंटीना प्रणाली के एक सेट के साथ मुख्य एनालॉग-टू-डिजिटल बोर्ड के अलावा, यहां आपको नेटवर्क केबल के माध्यम से बिजली की आपूर्ति के साथ एक शक्तिशाली डीएसपी प्रोसेसर और ईथरनेट एडाप्टर के साथ अतिरिक्त डिजिटल प्रोसेसिंग यूनिट (बोर्ड) स्थापित करना होगा। 



120 डिग्री - 150 ° के क्षैतिज देखने के कोण के साथ 4 डी रडार का इमेजिंग अभी भी एक ऊर्ध्वाधर विमान में बीम को पंप करता है। किस क्षण परिलक्षित संकेत प्रकट होता है और गायब हो जाता है, यह जानने के बाद, आप असर उठा सकते हैं, ऑब्जेक्ट पर निर्देशित बीम के ऊर्ध्वाधर कोण को समझ सकते हैं और बिंदु के तीसरे समन्वय को निर्धारित कर सकते हैं। पहली पीढ़ी के 4 डी रडार के उत्पादन संस्करण को हमारे कई ग्राहकों के साथ लाइसेंस दिया गया था। तब से, हम आगे बढ़े हैं और अब 2017 में उपयोग की जाने वाली अधिक उन्नत तकनीकों के साथ एक नया समाधान तैयार कर रहे हैं। जो, वैसे, संविदात्मक प्रतिबंध नहीं होगा, और इसलिए उपयोगकर्ताओं की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए उपलब्ध हो जाएगा।


वर्तमान इमेजिंग 4D मॉडल की तस्वीर

विभिन्न श्रृंखलाओं के उपकरण कार्यक्षमता, साथ ही परिणामों की गुणवत्ता से प्रतिष्ठित हैं। मिनी श्रृंखला को आपातकालीन ब्रेकिंग सिस्टम, अनुकूली क्रूज़ नियंत्रण या कारों में अंधे स्थान की निगरानी के कार्यान्वयन के लिए डिज़ाइन किया गया है। औद्योगिक सेंसर का उपयोग स्वचालित औद्योगिक परिसरों में, निगरानी प्रणालियों में या, डीजल इंजनों में, और उन्नत इमेजिंग 4 डी समाधानों में सेल्फ-ड्राइविंग वाहनों के लिए किया जाता है।

भविष्य की योजनाएं

2020 की शुरुआत के बाद से, हम संज्ञानात्मक पायलट रडार प्रौद्योगिकियों को बड़े पैमाने पर ग्राहक के लिए उपलब्ध कराने की कोशिश कर रहे हैं। इसमें काफी प्रगति है: अल्ट्रा-हाई रेजोल्यूशन इमेज के लिए संश्लेषित एपर्चर, माइक्रो-डॉपलर पर्टबर्बेशन, सुपर-रेजोल्यूशन, रडार डेटा पर आधारित लोकलाइजेशन पर आधारित ऑब्जेक्ट सिग्नेचर का अनुमान।


उच्च रिज़ॉल्यूशन - यह है कि कैसे रडार एपर्चर संश्लेषण मोड में खड़ी कारों को देखता है।

हम विभिन्न तकनीकी और मूल्य खंडों में समाधान बनाते हैं ताकि उपयोगकर्ता अपनी परियोजनाओं के लिए सर्वश्रेष्ठ चुन सकें। सामान्य तौर पर, कई योजनाएं होती हैं, और भी अच्छे कार्य होते हैं (हम आर एंड डी को याद नहीं करते हैं), इसलिए निम्नलिखित लेखों में हम पाठकों को उन तकनीकों के बारे में अधिक विस्तार से बताएंगे जो हम उपयोग करते हैं।