KARABAS интернет-магазин
it-решений
Alexandr Yaovlev 12 Dec 2023 Alexandr Yaovlev 308

Повышение эффективности миллиметрового радара для мини-дронов: Успех в визуализации внутренних дефектов внешних стен зданий. Уникальные достижения Осакского университета.

Повышение эффективности миллиметрового радара для мини-дронов: Успех в визуализации внутренних дефектов внешних стен зданий. Уникальные достижения Осакского университета.


Осакския университет успешно миниатюризировал радары для дронов

7 декабря Осакский университет объявил о удачной миниатюризации и ускорении работы миллиметрового сверхширокополосного радара, установленного на маленьком дроне. С помощью этого радара удалось визуализировать внутренние дефекты наружных стен зданий (например, пустоты между плиткой и слоем раствора или между железобетонным каркасом и слоем раствора) без контакта.


Достижения совместной работы

Успехи были достигнуты совместным исследовательским отрядом, включающим профессора Тадао Нагацуму, помощника исследователя Е Ли, студента-аспиранта Ёнсукэ Коябу, студента-аспиранта Я Хен Ванга (во время исследования), JFE Commercial Electronics, TEPCO Holdings и Shimizu Construction. Подробности были представлены на международной конференции «Asia Pacific Microwave Conference (APMC2023)», которая проходила в Тайване с 5 по 8 декабря.


Возможности новой технологии

Если внутри наружных стен, покрытых плиткой, есть дефекты (например, пустоты), это увеличивает риск отслоения и обрушения стен, поэтому необходима проверка наружных стен для подтверждения безопасности. Традиционные методы включают в себя ручной ударный контроль и инфракрасные исследования. Однако в последние годы увеличилось количество случаев, когда дроны, оснащенные высокоточными камерами и инфракрасными камерами, используются для осмотра и диагностики сооружений.

Однако для исследования внутренней части объекта необходимо использовать частоты, такие как микроволны или миллиметровые волны, которые могут проникать через материалы. В этом контексте исследовательская группа работала над разработкой радарной системы, использующей технологию оптической связи. В системе, разработанной исследовательской группой, сначала генерируются два разных оптических сигнала на длине волны оптической связи (1,55 мкм), которые затем передаются по волоконно-оптическому кабелю и преобразуются в электрический сигнал с помощью оптоэлектрического преобразователя, генерируя радиоволну на частоте, соответствующей разнице в длинах волн двух оптических сигналов. Контролируя длину волны света с высокой точностью, можно создать радиоволны в любой полосе от примерно 4 ГГц до 40 ГГц.

После этого радиоволны подвергаются различным частотам и облучаются на целевой объект, и амплитудно-фазовые отношения между отраженными оттуда радиоволнами и исходными радиоволнами вычисляются, чтобы определить местоположение дефектов внутри наружной стены. В этом исследовании была разработана технология, которая позволяет быстро изменять частотный диапазон от 4 ГГц до 40 ГГц, и система, которая может получить информацию о дефектах в точке облучения радара за 1 миллисекунду.


Результаты работы над системой

Часть системы, установленная на дроне, включает только оптоэлектрический преобразователь, радарную схему и антенну (используется общим образом для передачи и приема), что позволяет уменьшить полезную нагрузку дрона. Управляющее оборудование для генерации оптического сигнала и обработки сигналов расположено на земле и соединено с дроном с помощью легкого оптоволоконного кабеля и кабеля низкочастотного электрического сигнала. Первая модель, разработанная ранее, была установлена на крупном дроне, размер которого без учета пропеллеров составлял 810 мм в длину, 670 мм в ширину и 430 мм в высоту, весом 6,3 кг и полезной нагрузкой 2,7 кг. Однако новая система легче, что позволяет установить ее на маленьком дроне размером 290 мм в длину, 290 мм в ширину и 196 мм в высоту, весом 1,45 кг и полезной нагрузкой 500 г.


Практические испытания системы

Эксперименты были проведены с тестовым образцом, имитирующим внутренние дефекты наружных стен зданий, с целью продемонстрировать полезность разработанной системы. Антенна на дроне была расположена на расстоянии около 15 см от поверхности образца, и антенна была просканирована в горизонтальном направлении, что позволило получить изображение сечения. Помимо успешной визуализации пустот, также было подтверждено, что можно обнаружить пустоты шириной 0,5 мм и пустоты между слоем раствора и железобетонным каркасом.


Особенности и перспективы технологии

Время измерения было сокращено с нескольких секунд на одну точку измерения для первой модели до примерно 1 миллисекунды для получения информации о дефектах в последней версии. В целом, дроны слегка качаются даже при стационарном положении в воздухе, но если измерение производится в течение такого короткого времени, как 1 миллисекунда, этот эффект будет достаточно мал, что позволит проводить более точные измерения.

В будущем исследовательская группа планирует развивать технологии для широкого сканирования двухмерных плоскостей по различным сооружениям и инфраструктурным объектам с помощью дронов и роботов, оснащенных миллиметровым радаром, и продвигать их к практическому использованию.