一年前,他做出第一台合成孔径雷达无人机。一年后,他不仅让图像更清晰,还让它能"看见"高度。
如果你还记得那台挂在自行车上的雷达,或者那个预算有限的SAR系统,那么这次的故事,是同一个人的又一次进化。从第一版成像无人机到现在,时间过去了一年多,而这段时间里,他几乎把整套系统重新做了一遍。
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从模糊到清晰,关键不在雷达本身
第一代雷达系统最大的瓶颈,其实不是雷达硬件,而是GPS。当时定位精度只有大约一米,这个误差足以让合成孔径雷达的图像变得模糊。因为SAR成像依赖对无人机位置的精确估计,位置越准,图像越锐利。
他为此开发了一套更强大的自动对焦算法。这套算法的清晰度提升,很大程度上来自对无人机位置的更准确估算。但算法之外,还有更直接的解法——换一个更好的GPS接收器。
他选择了支持RTK(实时动态定位)的GPS接收器。RTK的原理是:用一个固定的地面站持续发送校正信号,让接收器达到厘米级的精度。这比原来的米级精度提升了一个数量级。不过RTK方案更贵,也更复杂。
还有一条更简单、也更省钱的路:PPK(后处理动态定位)。因为无人机并不需要实时知道自己的位置,它可以在飞行结束后,把记录下来的GPS信号拿来做对比处理,同样能得到厘米级的定位结果。对于这种"飞完再算"的场景,PPK显然更合适。
硬件上的小改动,解决的是大问题
除了定位,他还做了几项硬件改进。其中一项是稳定用于生成雷达频率扫描的锁相环。锁相环如果不稳,频率扫描就会漂移,直接影响成像质量。
另一个问题是数据记录。控制器的FPGA上,SD卡接口的带宽太低,没法实时记录数据。他的解法是写一个简单、快速的压缩算法,把数据压小之后再写卡,速度就跟上了。
这些改动听起来琐碎,但每一个都卡在关键路径上。雷达系统就是这样,任何一个环节拖后腿,最后出来的图像就会打折扣。
最关键的升级:让雷达测出高度
真正让这次升级与众不同的,是他开发了一套干涉成像程序。
原理并不复杂:让无人机在不同高度沿同一条路径飞两次。然后比较两次飞行中同一个目标的相位信息。相位差里藏着高度信息——通过对比不同航次的相位,就能推算出目标的海拔。
在普通的雷达程序里,系统默认所有目标都在同一高度。这会导致一个奇怪的现象:高大的物体会看起来向雷达源方向倾斜。而有了干涉图之后,他就能生成一幅详细的地形高度图,把这种倾斜纠正过来。
换句话说,原来的雷达只能告诉你"那里有个东西",现在的雷达能告诉你"那个东西有多高"。
这不是他第一次做SAR
他对合成孔径雷达并不陌生。在此之前,他已经做过挂在自行车上的版本,也做过低成本的SAR系统。如果对SAR背后的概念还觉得模糊,网上也能找到一份自制SAR装置的指南。
从自行车到无人机,从米级定位到厘米级,从二维图像到三维高度图——这条升级路径本身,就是一个人把兴趣一点点做深的过程。没有捷径,每一步都踩在前一步的不足上。
而这一次,他让一台无人机雷达,真正拥有了"立体视觉"。
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