Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 4 · RADIO ENGINEERING

Brief experience of development and first results of practical use of small-sized FMCW SAR on a multicopter

I.F. Kupryashkin1,2, V.P. Likhachev1,2, L.B. Ryazantsev1,2

1 ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», Voronezh, Russia
2 Air Force Military Educational and Scientific Center “Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin”, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.4.12 UDC 621.396.96 EDN MXQWRK

Abstract

The paper presents a brief summary of the authors' experience of design and practical work with small-sized high-resolution SARs placed on small aircraft-type UAVs, and demonstration of the first results of practical radar survey of the earth and sea surface from board of a multicopter. The capabilities, composition and specifications of the SAR family are considered, the results of detailed survey of the parcels in L-, C - and X-wavelength ranges, including full polarimetric ones, are presented. The main difficulties of both scientific and engineering-practical nature, which the authors had to face during the creation of small-sized SARs, as well as the approaches used to overcome them, are considered. It is shown that the developed and improved algorithms of signal processing and radar imaging, and technology provided the possibility of creating a small-sized software SAR on a multicopter type UAV. The presented results of the experiments in the earth and sea surface surveying from the board of the DJIMatrice 600 multicopter confirm the SAR possibility of radar imaging with a resolution of up to 30 centimeters at a maximum range of up to six kilometers. The main direction of further reducing the weight-size parameters of the SAR is the design of its own antenna system, taking into account the design features of the carrier. According to forward estimates, it will reduce the total weight of the kit from two to one-one and a half kilograms, and, as a result, will provide an expansion of the list of potential SAR carriers. The obtained results allow us to consider as successful the first experiments of plane surveying with the use of multicopter as a carrier of SAR in our country and to conclude not only about the lack of lag in this respect from foreign developers, but also about some advance of them.

  • РЛС с синтезированной апертурой
  • непрерывное излучение
  • обработка сигналов
  • радиолокационные изображения высокого разрешения
  • мультикоптер
  • synthetic aperture radar
  • continuous waveform radiation
  • radar signal processing
  • high-resolution imaging
  • multicopter
Аннотация (на русском)

Краткий опыт создания и первые результаты практической съемки поверхности малогабаритной РЛС с синтезированием апертуры антенны с борта мультикоптера

Приведено краткое описание опыта разработки линейки малогабаритных РЛС с синтезированной апертурой антенны и основных сопутствовавших при этом трудностей. Представлены результаты съемки в различных частотных диапазонах (в том числе и поляриметрической) при установке РЛС на беспилотных летательных аппаратах малого класса самолетного типа, а также первые результаты радиолокационной съемки поверхности с борта мультикоптера.

For citation

Kupryashkin I.F., Likhachev V.P., Ryazantsev L.B. Brief experience of development and first results of practical use of small-sized FMCW SAR on a multicopter // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 4. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.4.12

References

  1. ImSAR LLC [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.imsar.com. (Дата обращения: 30.03.2019)
  2. Купряшкин И. Ф., Лихачев В. П., Митрофанов Д. Г., Рязанцев Л.Б., Растрыгин Ю.В. Многофункциональный малогабаритный беспилотный авиационный комплекс «Флибустьер» // Известия Российской Академии Ракетных и Артиллерийских Наук. №4, 2018, Выпуск (104). С. 102-110.
  3. Sandia National Laboratories [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.sandia.gov. (Дата обращения: 30.03.2019)
  4. Duersch M. I. BYU micro-SAR: A very small, low-power LFM-CW Synthetic Aperture Radar. Brigham Young University. All Theses and Dissertations, 2004. P. 728.
  5. Кузнецов В.А., Гончаров С.А. Структурно-параметрический синтез малогабаритной радиолокационной станции с синтезированной апертурой беспилотного летательного аппарата ближнего действия // Системы управления, связи и безопасности, 2017. №3. С. 28-72.
  6. Богомолов А.В., Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б. Малогабаритная двухдиапазонная РСА для беспилотного авиационного комплекса // Труды XXIX Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2015. Вып. 11. С. 237-242.
  7. Рязанцев Л.Б., Лихачев В.П. Оценка дальности и радиальной скорости объектов широкополосной радиолокационной станцией в условиях миграции отметок по каналам дальности // Измерительная техника, 2017. №11. С. 61-64.
  8. Рязанцев Л.Б., Бабич О.А. Методика расчета многослойных микрополосковых широкополосных СВЧ антенн для малогабаритных РЛС с синтезированной апертурой // Сб. науч. ст. по материалам V Всероссийской науч.-практ. конф. «Академические Жуковские чтения». Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2018. С.300-306.
  9. Купряшкин, И.Ф., Лихачев, В.П. Космическая радиолокационная съемка земной поверхности в условиях помех: монография. Воронеж: Научная книга, 2014.
  10. Лихачев В.П., Пашук М.Ф. Многодиапазонная малогабаритная РЛС с синтезированной апертурой антенны. Принципы построения и функционирования, перспективы. Материалы VI общерос. научно-техн. конф. АО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение»; АО «ЦКБА»; ФГБОУ ВО «Омский ГТУ». 2016. С. 261-271.
  11. Рязанцев Л.Б. Обоснование требований к системе цифровой обработки сигналов в малогабаритных РСА непрерывного излучения с учетом амплитудночастотной коррекции сигналов и сверхдискретизации // Успехи современной радиоэлектроники, 2017. №7. С. 33-38.
  12. Рязанцев Л.Б., Купряшкин И. Ф., Пеливан М.В. Методика обоснования требований к динамическому диапазону сигналов приемного устройства в РЛС с синтезированной апертурой непрерывного излучения // Сб. науч. ст. по материалам V Всероссийской науч.-практ. конф. «Академические Жуковские чтения». Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2018. С 296-300.
  13. Купряшкин И. Ф., Лихачев В. П., Рязанцев Л.Б. Методика обоснования требований к аналого-цифровому преобразованию в РЛС с синтезированной апертурой непрерывного излучения // Цифровая обработка сигналов. 2017. №2. С. 49-52.
  14. Рязанцев, Л.Б., Купряшкин, И.Ф., Лихачев, В.П. Анализ энергетического спектра фазовых шумов сигнала на выходе приемника радиолокатора с непрерывным частотно-модулированным сигналом // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал], 2018. № 6. Режим доступа http://jre.cplire.ru/jre/jun18/8/text.pdf
  15. Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б., Яковенков В.В. Способ формирования радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны. Патент на изобретение РФ №2632898. Опубликовано 11.10.2017, бюл. №29.
  16. Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б., Яковенков В.В. Устройство формирования радиолокационного изображения в радиолокационной станции с синтезированной апертурой антенны. Патент на изобретение РФ №2619771. Опубликовано 18.05.2017, бюл. №14.
  17. Doerry А. Basics of Backprojection Algorithm for Processing Synthetic Aperture Radar Images. Sandia National Laboratories, 2016.
  18. Рязанцев Л.Б., Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Гнездилов М.В. Алгоритм формирования радиолокационных изображений с субметровым разрешением в малогабаритных РЛС с синтезированной апертурой // Цифровая обработка сигналов, 2018. №2. С. 53-58.
  19. Авиационные системы радиовидения. Монография / Под ред. Г.С. Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2015. c. 648.
  20. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрирование радиолокационных изображений / Под ред. Л.А. Школьного. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. 531 с.
  21. Асхабов Х.Ш., Купряшкин И.Ф., Рязанцев Л.Б., Сидоренко С.В. Способ определения скорости полета носителя радиолокационной станции с синтезированием апертуры антенны на основе оценки пространственного сдвига пары радиолокационных изображений // Сб. науч. ст. по материалам V Всероссийской науч.-практ. конф. «Академические Жуковские чтения». Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2018. С. 20-25.
  22. Беляев В. В., Купряшкин И. Ф., Лихачев В. П., Рязанцев Л.Б., Сидоренко С. В. Способ определения координат летательного аппарата по радиолокационному изображению. Патент на изобретение РФ №2656366. Опубликовано 05.06.2018, бюл. №16.
  23. Силин А. Технология Software Defined Radio. Теория, принципы и примеры аппаратных платформ // Беспроводные технологии, 2007. №7. С. 22-27.
  24. Lort M., Aguasca A., Lopez-Martinez C. Initial Evaluation of SAR Capabilities in UAV Multicopter Platforms // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2018, Volume 11, Issue 1, pp. 127-140.