Open-source, low-cost 10.5 GHz PLFM phased array RADAR system
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AERIS-10：开源脉冲线性调频相控阵雷达
AERIS-10 是一款开源、低成本的 10.5 GHz 相控阵雷达系统，采用脉冲线性调频（LFM）调制技术。该系统提供 3 公里和 20 公里两种射程版本，专为希望探索和实验相控阵雷达技术的研究人员、无人机开发者以及资深软件定义无线电（SDR）爱好者设计。
📡 概述
AERIS-10 项目旨在通过提供一套完全开源、模块化且可自由修改的雷达系统，推动雷达技术的普及。无论您是高校研究人员、无人机创业公司，还是资深创客，AERIS-10 都能为您提供一个用于实验波束成形、脉冲压缩、多普勒处理和目标跟踪的平台。
🔬 核心特性
- 开源硬件与软件 - 提供完整的原理图、PCB布局、固件及软件
- 双版本可选：
- AERIS-10N (Nexus)：3公里探测范围，配备8×16贴片天线阵列
- AERIS-10E (Extended)：20公里探测范围，配备32×16介质填充开槽波导阵列
- 全电子波束扫描 - 方位角与俯仰角均支持±45°电子扫描
- 先进信号处理 - 板载FPGA处理脉冲压缩、多普勒FFT、动目标显示（MTI）及恒虚警率（CFAR）检测
- Python图形用户界面 - 集成地图功能的友好操作界面
- GPS/IMU集成 - 实时位置与姿态校正
- 模块化设计 - 电源管理、频率合成与射频板卡独立设计
🏗️ 系统架构
硬件组件
AERIS-10的主要子系统包括：
-
电源管理板 - 为电子元件提供所有必要的电压等级，并具备适当的滤波和时序控制（由微控制器确保时序）
-
频率合成板 - 采用高性能低抖动时钟发生器（AD9523-1），为以下器件提供相位对齐的时钟参考：
- 接收与发射频率合成器（ADF4382）
- 数模转换器（DAC）
- 模数转换器（ADC）
- 现场可编程门阵列（FPGA）
-
主板，包含：
- 数模转换器（DAC） - 生成雷达线性调频信号
- 2个微波混频器（LTC5552） - 用于上变频和中频下变频
- 4个4通道移相器（ADAR1000） - 用于接收和发射链路的波束成形
- 16个前端芯片（ADTR1107） - 同时用于低噪声放大（接收）和功率放大（发射）阶段
- XC7A50T FPGA - 在FTG256上游板上处理雷达信号：
- 通过DAC生成PLFM线性调频信号
- 读取原始ADC数据
- 混合自动增益控制（AGC）——跨FPGA/STM32/GUI层的控制环路
- I/Q基带下变频
- 抽取
- 滤波
- 正向FFT
- 脉冲压缩
- 多普勒、MTI和CFAR处理
- USB接口
- STM32F746xx微控制器 - 用于：
- 上电和断电时序控制（参见电源管理Excel文件）
- FPGA通信
- 以下器件的设置与接口：
- 时钟发生器（AD9523-1）
- 2个频率合成器（ADF4382）
- 4个4通道移相器（ADAR1000），用于雷达脉冲时序控制
- 2个ADS7830 8通道I²C ADC（主板，U88 @ 0x48 / U89 @ 0x4A），用于16路Idq测量，每路功率放大器通道一路，分别通过功率放大器板上的5mΩ分流电阻和主板上的INA241A3电流检测放大器（×50）进行检测
- 2个DAC5578 8通道I²C DAC（主板，U7 @ 0x48 / U69 @ 0x49），用于16路Vg控制，每路功率放大器通道一路；启动时通过闭环校准至目标Idq
- GPS模块（UM982），用于图形用户界面地图居中显示和每个探测目标的位置标记
- GY-85惯性测量单元（IMU），用于目标坐标的俯仰/横滚校正
- BMP180气压计
- 步进电机
- 1个ADS7830 8通道I²C ADC（主板，U10），读取8个热敏电阻进行热监控；当任一通道超过阈值时，单个GPIO（EN_DIS_COOLING）控制冷却风扇开启
- 射频开关
-
16个功率放大器板 - 仅用于AERIS-10E版本，配备10瓦QPA2962氮化镓（GaN）放大器以实现扩展探测范围
-
天线阵列：
- AERIS-10N (Nexus) - 8×16贴片天线阵列
- AERIS-10X (Extended) - 32×16介质填充开槽波导天线阵列
-
其他组件：
- 滑环
- 步进电机及其驱动器
- 冷却风扇
- 外壳
处理流程
- 波形生成 - DAC 生成线性调频（LFM） chirp 信号
- 上下变频 - LTC5552 混频器处理频率转换
- 波束赋形 - ADAR1000 移相器控制 16 个阵元
- 信号处理（FPGA）：
- 原始 ADC 数据采集
- I/Q 基带下变频
- 抽取与滤波（CIC/FIR）
- 脉冲压缩
- 多普勒 FFT 处理
- MTI 与 CFAR 检测
- 系统管理（STM32）：
- 电源时序控制
- 外设配置
- GPS/IMU 集成
- 步进电机控制
- 可视化（Python GUI）：
- 实时目标标绘
- 地图集成
- 雷达控制界面
📊 技术规格
| 参数 | AERIS-10N（Nexus） | AERIS-10X（Extended） |
|---|---|---|
| 工作频率 | 10.5 GHz | 10.5 GHz |
| 最大作用距离 | 3 km | 20 km |
| 天线 | 8×16 贴片阵列 | 32×16 波导缝隙阵列 |
| 波束赋形 | 电扫描（±45°） | 电扫描（±45°） |
| 机械扫描 | 360°（步进电机） | 360°（步进电机） |
| 输出功率 | ~1W×16 | 10W×16（GaN 放大器） |
| 处理单元 | FPGA + STM32 | FPGA + STM32 |
🚀 快速开始
🧹 仓库文件存放规则
为保持仓库根目录整洁并便于查找工件，请将生成文件存放在以下位置：
- 已发布报告（跟踪文件，GitHub Pages）：
docs/- 示例：
docs/AERIS_Simulation_Report_v2.pdf
- 示例：
- 仿真生成输出（本地文件，已忽略 git 跟踪）：
5_Simulations/generated/- 图表、场景输出、临时分析目录
- FPGA/Vivado 生成工件（本地文件，已忽略 git 跟踪）：
9_Firmware/9_2_FPGA/reports/- VCD/VVP 转储文件、临时 CSV 文件、本地报告快照
- 可复用 FPGA 自动化脚本（跟踪文件）：
9_Firmware/9_2_FPGA/scripts/- TCL 流程、构建/启动用辅助脚本
请勿在仓库根目录留存生成工件。
前提条件
- 具备雷达原理的基本理解
- 拥有PCB组装经验（用于硬件搭建）
- Python 3.8+（用于GUI软件）
- FPGA开发工具（Vivado）（用于信号处理修改）
硬件组装
- 订购PCB：生产文件位于
/4_Schematics and Boards Layout/4_7_Production Files - 采购元器件：BOM/CPL文件同样位于
/4_Schematics and Boards Layout/4_7_Production Files - 组装：结合上述生产文件和
/4_Schematics and Boards Layout/4_6_Schematics中的原理图进行组装；目前暂未提供独立的组装指南 - 天线：为目标型号选择合适的阵列文件
- 外壳：机械图纸当前位于
/8_Utils/Mechanical_Drawings
📜 许可证
本项目为开源项目，但硬件和软件采用不同的许可证以确保适当的法律覆盖。
硬件文档
硬件设计文件包括：
- 原理图和PCB布局（位于
/4_Schematics and Boards Layout） - 物料清单（BOM）文件
- Gerber文件和制造输出文件
- 机械图纸和外壳设计
均采用CERN开放硬件许可证版本2 - 宽松版（CERN-OHL-P） 授权。
这是一个针对硬件的特定许可证，它：
- ✅ 明确定义了"硬件"、"文档"和"产品"
- ✅ 为贡献者和用户提供明确的专利保护
- ✅ 提供更强的责任限制（对高功率射频设备尤为重要）
- ✅ 符合专业开放硬件标准（CERN、OSHWA）
您可以基于这些设计使用、修改和销售产品，但需满足：
- 保留原始版权声明
- 任何修改后的设计均以相同许可证发布
- 以源文件格式提供您的修改内容
软件和固件
软件组件包括：
- FPGA代码（VHDL/Verilog，位于
/9_Firmware） - 微控制器固件（STM32）
- Python GUI和实用程序
为获得最大灵活性，仍采用MIT许可证授权。
完整许可文本
- 完整的 CERN-OHL-P 许可文本位于
LICENSE文件中 - 未另行指定的软件适用 MIT 许可条款
为何进行此变更？
最初，整个项目采用 MIT 许可。社区（特别感谢 gmaynez！）指出，MIT 许可缺乏物理硬件所需的法律保护。改用 CERN-OHL-P 许可可确保项目得到适当保护，同时保持同样的宽松精神。
📚 文档
全面的文档可在 /docs 文件夹中获取，并通过 GitHub Pages 托管于 https://NawfalMotii79.github.io/PLFM_RADAR/docs/：
🤝 贡献
我们欢迎贡献！详情请参阅我们的贡献指南，了解仓库布局、分支工作流和基本 PR 检查。
特别需要帮助的领域：
- 射频工程师：审查设计，优化天线性能
- FPGA 开发人员：优化信号处理流水线
- 软件开发人员：增强 Python GUI 和 SDK
- 测试人员：大学研究人员、无人机初创公司、高级创客
📞 联系与合作
我欢迎研究人员、工程师和潜在合作者的严肃咨询。但由于对本项目的兴趣浓厚，还请理解我无法保证回复每一条消息。
- 技术问题或错误报告：请提交 GitHub issue，以便整个社区都能从讨论中受益。
- 合作、许可或商业咨询：📧 nawfal.motii.33 [at] gmail [dot] com
💰 赞助商
如果您对开源雷达技术感兴趣，请为这个仓库点亮星标 ⭐！
注：这是一个活跃的开发项目。部分功能仍在开发中。有关已知限制和即将推出的功能，请查看 issues 页面。
19,000 星标 – 感谢支持
该项目始于摩洛哥的一个小型工作室。如今，GitHub 上已有 19,000 名工程师为它点亮了星标。
我深感荣幸与谦卑。
这让我明白：
- 开源雷达意义重大
- 市场需要经济实惠的传感方案
- 工程师们渴望动手创造，而非仅仅购买现成产品
感谢每一位为项目点亮星标、创建分支、提交问题、发起 PR 以及分享该项目的朋友。
我们的工作仍将继续。
Nawfal Motii ABAC INDUSTRY (http://www.abacindustry.com)