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超硬核!!!相控阵雷达系统,完全开源(软件、硬件、机械)

超硬核!!!相控阵雷达系统,完全开源(软件、硬件、机械)

AERIS-10是一个高质量开源硬件项目,目前已获得 7.2k+ Stars1.5k+ Forks,在 GitHub 上受关注非常高。

它不是简单的玩具项目,而是完整、可实际搭建、支持 3km/20km 两种量程的相控阵雷达系统,集成了 RF 微波、FPGA 信号处理、嵌入式控制、Python GUI 等多学科技术,专为研究者、无人机开发者、SDR 爱好者设计。

完整项目地址:https://github.com/NawfalMotii79/PLFM_RADAR

项目核心亮点(Key Features)

  • 全开源
    :硬件(原理图、PCB、Gerber、BOM、机械图)采用 CERN-OHL-P 许可;软件/固件(FPGA、STM32、Python GUI)采用 MIT 许可。
  • 两种版本
    • AERIS-10N (Nexus)
      :3km 量程,8×16 贴片天线阵列。
    • AERIS-10E (Extended)
      :20km 量程,32×16 介质填充槽波导天线阵列 + 16 个 10W GaN 功率放大器。
  • 全电子波束转向
    :方位角和俯仰角 ±45° 电子扫描 + 360° 机械旋转(步进电机)。
  • 先进信号处理
    :板载 Xilinx XC7A50T FPGA 实时完成脉冲压缩、多普勒 FFT、MTI、CFAR 等。
  • Python GUI
    :带地图集成、实时目标显示、A-Scope、多普勒谱图。
  • GPS/IMU 集成
    :实时位置与姿态校正,支持目标坐标修正。
  • 模块化设计
    :电源管理板、频率合成器板、主板、功率放大板、天线阵列独立,便于 hack 和扩展。

上图为 AERIS-10 的天线阵列实物,8×16 贴片天线 PCB,布局规整,金手指 SMA 接口清晰可见。

系统架构(System Architecture)

整个系统分为几个核心子系统:

  • 电源管理板
    :多路电压供电、滤波、电源排序(STM32 控制)。
  • 频率合成器板
    :高性能低抖动时钟 AD9523-1 + 2× ADF4382 频率合成器,为 DAC/ADC/FPGA 提供相位对齐时钟。
  • 主板
    :DAC 生成 LFM 线性调频 chirp、LT5552 混频器、4× ADAR1000 四通道移相器(实现波束成形)、16× ADTR1107 前端芯片(RX LNA + TX PA)、FPGA + STM32 核心。
  • 功率放大板
    (仅 Extended 版本):16× 10W QPA2962 GaN 放大器。
  • 天线
     + 滑环 + 步进电机 + 散热风扇 + 外壳。

处理流水线

  1. DAC 生成 PLFM chirp → 上变频 → 功率放大 → 发射。
  2. 接收 → LNA → 下变频 → ADC 采样 → FPGA 完成 I/Q 下变频、抽取、滤波、脉冲压缩、多普勒 FFT、MTI、CFAR 检测。
  3. STM32 负责电源排序、外设配置、GPS/IMU 融合、电机控制。
  4. Python GUI 实时可视化。

上图为仓库中精确的系统架构框图,详细标注了 FPGA、STM32、时钟链路、混频器、移相器、天线阵列、传感器等所有模块,一目了然。

技术规格对比

参数
AERIS-10N (Nexus)
AERIS-10E (Extended)
频率
10.5 GHz
10.5 GHz
最大量程
3 km
20 km
天线
8×16 贴片阵列
32×16 槽波导阵列
波束转向
电子 ±45° + 360° 机械扫描
电子 ±45° + 360° 机械扫描
输出功率
~1W × 16
10W × 16 (GaN)
核心处理
XC7A50T FPGA + STM32
同左

Python GUI 界面(实时雷达显示)

仓库提供了一套非常友好的 Python GUI,支持:

  • Range-Doppler Map
    :热力图实时显示目标
  • A-Scope / 多普勒谱图
  • 目标列表
    :ID、距离、速度、方位角
  • 地图集成 + GPS/IMU 姿态校正

上图为 GUI 实际运行界面截图,Range-Doppler 图上清晰标注了多个目标,右侧表格列出精确的距离、速度、方位信息。

仓库目录结构(非常规范)

  • 1_Project_Description/
    :项目概述
  • 2_Functional Diagram & Interconnection Matrices/
    :功能框图与互联矩阵
  • 3_Power Management/
    :电源设计
  • 4_Schematics and Boards Layout/
    :完整原理图与 PCB Layout
  • 5_Simulations/
    :仿真文件
  • 6_Application Notes/
    :应用笔记
  • 7_Components Datasheets and Application notes/
    :芯片手册
  • 8_Utils/
    :工具、机械图
  • 9_Firmware/
    :FPGA(Verilog)+ STM32(C)固件 + Python GUI
  • docs/
    :GitHub Pages 在线文档

适合谁?如何入门?

  • 适合人群
    :大学雷达/信号处理实验室、无线电爱好者、无人机避障研发团队、SDR 玩家。
  • 入门建议
    :直接阅读仓库 README.md(已包含详细架构、规格、文件放置规范)。硬件爱好者可从原理图和 Gerber 文件开始打板;软件爱好者可直接跑 Python GUI + 仿真数据。
  • 仓库还提供完整贡献指南(CONTRIBUTING.md)和许可文件。

PLFM_RADAR / AERIS-10 是目前 GitHub 上最完整、最具实用价值的开源相控阵雷达项目之一。它把原本昂贵、专业级的雷达技术彻底平民化,真正做到了“硬件可复制、软件可修改、实验可复现”。