Hacia la altimetría de mmWave para UAS: Explorando el potencial de los radares automotrices de 77 GHz
Autores: Awan, Maaz Ali; Dalveren, Yaser; Kara, Ali; Derawi, Mohammad
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Hacia la altimetría de mmWave para UAS: Explorando el potencial de los radares automotrices de 77 GHz
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Datos de altitud
Sistemas aéreos no tripulados
Altímetros de radar
MOPS
Radar de mmWave
Altimetría de UAS
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los datos de altitud precisos son indispensables para la navegación aérea, particularmente durante el aterrizaje autónomo de sistemas aéreos no tripulados (UAS). Los sensores de luz y barométricos convencionales utilizados para la estimación de altitud están limitados por la mala visibilidad y las condiciones de temperatura, respectivamente, mientras que los receptores del sistema de posicionamiento global (GPS) proporcionan la altitud desde el nivel medio del mar (MSL) con una tasa de actualización lenta. Para satisfacer los requisitos de seguridad en el aterrizaje, los UAS necesitan información precisa de altitud sobre el nivel del suelo (AGL) que sea impermeable a las condiciones ambientales. Los altímetros de radar, un pilar en la aviación comercial durante al menos medio siglo, cumplen con estos requisitos a través de estándares mínimos de rendimiento operativo (MOPS). Más recientemente, la proliferación de la tecnología 5G y la interferencia con la banda universalmente asignada para altímetros de radar de 4.2 a 4.4 GHz subraya la necesidad de explorar nuevas avenidas. Notablemente, no existe un MOPS dedicado adaptado para altímetros de radar de UAS. Para evaluar el rendimiento de una oferta de altímetro de radar para UAS, los MOPS existentes son la opción de facto. Históricamente, los radares de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) se han utilizado extensamente en una amplia gama de aplicaciones de medición, incluidos los altímetros de radar. Los radares automotrices modernos de onda milimétrica (mmWave), aunque diseñados para aplicaciones automotrices, también emplean FMCW para mediciones precisas con una huella compacta y rentable. Dada la maduración de la tecnología con excelentes métricas de tamaño, peso y potencia (SWaP), hay una tendencia creciente en la industria y la academia para explorar su eficacia más allá del ámbito de la industria automotriz. Con este fin, su viabilidad para la altimetría de UAS sigue siendo en gran medida inexplorada. Si bien la literatura sobre el discurso teórico es prevalente, falta un enfoque específico en la altimetría de radar mmWave. Además, la estimación de desorden con especificaciones de hardware de un radar mmWave de mirada pura no se ha reportado. Este artículo argumenta la aplicabilidad de los MOPS para la aviación comercial para su adaptación a un caso de uso de UAS. El tema del trabajo es un tutorial basado en una discusión matemática y teórica simplificada sobre la comprensión de las métricas de rendimiento y las complejidades inherentes. Se ofrece un enfoque de ingeniería de sistemas para derivar especificaciones de forma de onda a partir de los requisitos operativos de un UAS. Por último, se incluyen direcciones de investigación futuras propuestas y perspectivas.
Descripción
Los datos de altitud precisos son indispensables para la navegación aérea, particularmente durante el aterrizaje autónomo de sistemas aéreos no tripulados (UAS). Los sensores de luz y barométricos convencionales utilizados para la estimación de altitud están limitados por la mala visibilidad y las condiciones de temperatura, respectivamente, mientras que los receptores del sistema de posicionamiento global (GPS) proporcionan la altitud desde el nivel medio del mar (MSL) con una tasa de actualización lenta. Para satisfacer los requisitos de seguridad en el aterrizaje, los UAS necesitan información precisa de altitud sobre el nivel del suelo (AGL) que sea impermeable a las condiciones ambientales. Los altímetros de radar, un pilar en la aviación comercial durante al menos medio siglo, cumplen con estos requisitos a través de estándares mínimos de rendimiento operativo (MOPS). Más recientemente, la proliferación de la tecnología 5G y la interferencia con la banda universalmente asignada para altímetros de radar de 4.2 a 4.4 GHz subraya la necesidad de explorar nuevas avenidas. Notablemente, no existe un MOPS dedicado adaptado para altímetros de radar de UAS. Para evaluar el rendimiento de una oferta de altímetro de radar para UAS, los MOPS existentes son la opción de facto. Históricamente, los radares de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) se han utilizado extensamente en una amplia gama de aplicaciones de medición, incluidos los altímetros de radar. Los radares automotrices modernos de onda milimétrica (mmWave), aunque diseñados para aplicaciones automotrices, también emplean FMCW para mediciones precisas con una huella compacta y rentable. Dada la maduración de la tecnología con excelentes métricas de tamaño, peso y potencia (SWaP), hay una tendencia creciente en la industria y la academia para explorar su eficacia más allá del ámbito de la industria automotriz. Con este fin, su viabilidad para la altimetría de UAS sigue siendo en gran medida inexplorada. Si bien la literatura sobre el discurso teórico es prevalente, falta un enfoque específico en la altimetría de radar mmWave. Además, la estimación de desorden con especificaciones de hardware de un radar mmWave de mirada pura no se ha reportado. Este artículo argumenta la aplicabilidad de los MOPS para la aviación comercial para su adaptación a un caso de uso de UAS. El tema del trabajo es un tutorial basado en una discusión matemática y teórica simplificada sobre la comprensión de las métricas de rendimiento y las complejidades inherentes. Se ofrece un enfoque de ingeniería de sistemas para derivar especificaciones de forma de onda a partir de los requisitos operativos de un UAS. Por último, se incluyen direcciones de investigación futuras propuestas y perspectivas.