AERIS-10 / PLFM_RADAR: открытый фазированный радар на 10,5 ГГц

«Фазированные антенные решётки — золотой стандарт электронного сканирования. Но даже минимальные коммерческие системы стоят от $250 000, закрывая технологию для исследователей и инноваторов.»

Технология фазированных антенных решёток исторически была заперта за военными контрактами и шестизначными коммерческими ценниками. Проект AERIS-10 (он же PLFM_RADAR на GitHub) ставит целью изменить это раз и навсегда.

Что такое AERIS-10 и для кого он создан

AERIS-10 — это открытая низкостоимостная система фазированного радара на 10,5 ГГц с модуляцией Pulse LFM (PLFM), доступная в двух версиях (дальность 3 км и 20 км), разработанная для исследователей, разработчиков дронов и серьёзных SDR-энтузиастов.

Проект AERIS-10 стремится демократизировать радарные технологии, предоставляя полностью открытую, модульную и «хакабельную» систему — будь то университетский исследователь, дроновый стартап или продвинутый мейкер: всем доступна платформа для экспериментов с формированием луча, сжатием импульсов, доплеровской обработкой и отслеживанием целей.

Репозиторий набрал почти 20 000 звёзд на GitHub, что делает его одним из самых популярных проектов радарного оборудования с открытым исходным кодом.

Ключевые возможности

Две версии под разные задачи

AERIS-10 выпускается в двух конфигурациях:

• AERIS-10N (Nexus) — дальность до 3 км, антенная решётка 8×16 патч-элементов
• AERIS-10E (Extended) — дальность до 20 км, решётка 32×16 с диэлектрическими щелевыми волноводами

Обе работают на частоте 10,5 ГГц.

Электронное управление лучом

Сигнал разветвляется на 16 путей и поступает на микросхемы формирователей луча ADAR1000, которые применяют весовые коэффициенты фазы и амплитуды для электронного управления лучом в диапазоне ±45° без механического перемещения.

PLFM-модуляция вместо стандартного LFM

Передающая цепь начинается с генерации PLFM-волновых форм (полиномиальная линейная частотная модуляция) через ЦАП AD9172. В отличие от стандартных LFM-чирпов, PLFM-формы обеспечивают более низкие уровни боковых лепестков в сжатых импульсах — критически важно для обнаружения слабых целей рядом с сильными отражениями.

Трёхуровневая обработка сигнала

AERIS-10 реализует полную цепочку обработки радарного сигнала в трёх уровнях: микроконтроллер STM32F746 управляет инициализацией системы и более чем 40 периферийными устройствами; FPGA Xilinx XC7A50T обрабатывает сигналы в реальном времени на частоте дискретизации до 250 MSPS; Python GUI на базе PyQt5 обеспечивает визуализацию, запись и настройку параметров через USB 3.0.

Полный стек обработки на FPGA

FPGA выполняет генерацию PLFM-чирпов через ЦАП, чтение сырых данных АЦП, автоматическую регулировку усиления (AGC), I/Q демодуляцию, децимацию, фильтрацию, прямое FFT, сжатие импульсов, доплеровскую обработку, MTI и CFAR-обработку, а также USB-интерфейс.

Сенсорная интеграция

Микроконтроллер также управляет GPS-модулем для привязки GUI к карте, IMU GY-85 для коррекции координат целей по крену/тангажу, барометром BMP180, шаговым двигателем и 8 температурными датчиками ADS7830 для управления охлаждением.

Архитектура системы

graph TD
    A["🖥️ Python GUI (PyQt5)
USB 3.0"] -->|команды| B["🔲 STM32F746 MCU
Управление питанием\n40+ периферийных устройств"]
    B -->|SPI / I²C| C["⚡ FPGA XC7A50T
250 MSPS"]
    C -->|DAC AD9172| D["📡 TX-цепочка
PLFM-чирп → LT5552 Mixer\n→ ADF4382 @10.5 GHz"]
    D -->|RF| E["🔊 ADAR1000 ×4
Форматор луча (TX)\n±45°"]
    E --> F["📡 16× ADTR1107
PA (TX) / LNA (RX)"]
    F -->|RF| G["🔊 ADAR1000 ×4
Форматор луча (RX)"]
    G -->|ADC| C
    C -->|данные| A
    B --> H["GPS + IMU GY-85\nBMP180 + шаговый двигатель"]

Основные компоненты оборудования

Открытые лицензии

PLFM_RADAR публикует полные аппаратные схемы, Gerber-файлы для PCB, прошивку FPGA и управляющее ПО под лицензиями CERN-OHL-P и MIT.

cd 9_Firmware/9_2_FPGA
vivado -mode batch -source scripts/50t/build_50t.tcl 2>&1 | tee build_50t/vivado.log

Стоимость и тарифы

Проект полностью бесплатен — исходный код, схемы, Gerber-файлы и прошивка доступны на GitHub без ограничений.

Однако реальная стоимость самостоятельной сборки — другой вопрос:

Hackaday.io утверждает, что система обходится «на 90–95% дешевле коммерческих альтернатив» при коммерческих ценах $250 000–$1 000 000. Расчёты сообщества дают ориентировочную стоимость сборки около $20 000. Это не hobby-бюджет, но вполне реалистично для университетских лабораторий и небольших организаций.

Плюсы и минусы

Сравнение с альтернативами

CI/CD и качество кода

Репозиторий использует пятиэтапный CI-пайплайн: Lint, Changed Modules, Integration, Signal Processing, Infrastructure и P0 Adversarial Tests.

Adversarial-тестирование обязательно: каждый тест должен активно пытаться сломать код.

# Запуск тестов прошивки
cd 9_Firmware/9_1_Microcontroller/tests
make clean && make
uv run pytest 9_Firmware/tests/cross_layer/test_cross_layer_contract.py -v

Вердикт

AERIS-10 / PLFM_RADAR — это исключительный прорыв в области открытого радарного оборудования. Пока SDR-платформы вроде USRP и HackRF демократизировали RF-эксперименты ниже 6 ГГц, когерентные радарные системы X-диапазона оставались недоступны для исследователей, университетов и продвинутых мейкеров. AERIS-10 закрывает этот разрыв.

Кому подойдёт:

• 🎓 Университетским лабораториям (радиолокация, БПЛА, атмосферные исследования)
• 🚁 Стартапам в области дронов и автономных систем
• 🔬 RF/FPGA-инженерам, желающим изучить X-band радары
• 🏭 Небольшим оборонным R&D командам с ограниченным бюджетом

Кому не подойдёт:

• Хобби-разработчикам без $10 000+ и соответствующей экспертизы
• Командам, которым нужен готовый сертифицированный продукт «из коробки»

Рейтинг: 9/10

Если вы ищете первый в мире полноценный открытый X-band радар с электронным управлением лучом — AERIS-10 не имеет прямых аналогов. Цена вопроса — кривая обучения длиной в несколько месяцев и $20 000 на компоненты.