İnsansız Hava Sistemleri için Milimetre Dalga Altimetrisine Doğru

Abstract

İnsansız hava sistemlerinin otonom inişi için doğru irtifa verileri kritik öneme sahiptir. Lazer sensörleri, barometrik altimetreler ve Küresel Konumlama Sistemi, yavaş güncelleme hızları ve sıcaklık hassasiyeti nedeniyle sınırlıdır. Ticari havacılıkta radar altimetreleri minimum operasyonel performans standartlarına göre tasarlanır; ancak, 5G ağlarının 4.2–4.4 GHz aralığındaki radar bandına müdahalesi yeni yaklaşımlara ihtiyaç doğurmaktadır. Milimetre dalga otomotiv radarları, üstün boyut, ağırlık ve güç ölçütleriyle insansız hava sistemleri için kullanılmamış bir potansiyel sunmaktadır. Bu çalışma, ticari havacılıktaki radar altimetre performans standartlarını insansız hava sistemleri için uyarlayarak bir otomotiv milimetre dalga frekans modülasyonlu sürekli dalga radarının dalga formu parametrelerini türetmeyi amaçlamaktadır. Tez, ara frekans filtre bant genişliği ve iletim gücü radar kısıtlamaları içinde performans ölçütlerini en üst düzeye çıkarmak için bir metodoloji önermektedir. İniş aşaması için dalga formu tasarımının ayrıntıları sunulmuştur. Çalışma, otonom iniş sırasında durumsal farkındalığı artırmak için gelişmiş varış açısı çözünürlüğü sağlama potansiyeline sahip Zaman Bölmeli Çoğullama ile Çoklu Giriş Çoklu Çıkış yöntemini incelemektedir. Son olarak, insansız hava sistemlerinin iniş aşamasındaki radyal hız belirsizliğini ele almayı ve olası çözüm yolları önermeyi hedeflemektedir.

Accurate altitude data are crucial for the autonomous landing of UAS. Laser sensors, barometric altimeters, and GPS are limited by slow update rates, temperature sensitivity, and poor visibility. In commercial aviation, RAs are designed according to the MOPS. However, novel approaches are needed due to 5G networks interfering with the globally allocated RA band from 4.2–4.4 GHz. Contemporary mmWave automotive radars, with superior SWaP metrics, offer untapped potential for UAS altimetry. This study aims to derive waveform parameters of an automotive mmWave FMCW radar by adapting commercial aviation MOPS of RA for the UAS use case. The thesis proposes a methodology for maximizing performance metrics within the radar constraints of limited intermediate frequency IF BW and Tx power. Specifics of FMCW waveform design for the landing approach stage are presented. The study explores the potential of TDM-MIMO for improving the AoA resolution to augment situational awareness during autonomous landing. The study also characterizes variants of CFAR for terrain sensing. Lastly, it aims to address ambiguity arising from radial velocity due to the rapid descent of UAS in the landing phase and proposes potential remedial actions.