AERIS-10：低成本、全开源 10.5GHz 脉冲调频相控阵雷达平台

AERIS-10 是一套全开源 10.5GHz 脉冲线性调频相控阵雷达，分 3km 标准版与 20km 远距离增强版，开放全套硬件工程、FPGA 固件与 Python 可视化上位机，支持二维电子波束扫描、脉冲压缩、动目标检测，面向科研人员、无人机开发者与射频爱好者提供可完整复刻的相控阵实验平台。

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详细介绍

AERIS-10 是一套全开源 10.5GHz 脉冲线性调频相控阵雷达，分 3km 标准版与 20km 远距离增强版，开放全套硬件工程、FPGA 固件与 Python 可视化上位机，支持二维电子波束扫描、脉冲压缩、动目标检测，面向科研人员、无人机开发者与射频爱好者提供可完整复刻的相控阵实验平台。

一、项目基础概述

两大硬件版本

型号

代号

最大探测距离

天线阵列规格

定位

AERIS-10N

Nexus（标准版）

3km

8×16 微带贴片天线

科研、无人机开发、入门实验，物料成本约 5000–8000 美元

AERIS-10X

Extended（增强版）

20km

32×16 波导缝隙阵列

远距离测绘、专业 SDR 雷达研究，含 10W GaN 功放，总成本约 15000 美元

项目核心目标：降低相控阵雷达技术门槛，面向高校科研人员、无人机开发者、SDR 爱好者开放全套设计文件，支持波束成形、脉冲压缩、多普勒测速、目标跟踪全流程实验。

二、核心功能特性 Key Features

  1. 完整开源软硬件

    全部原理图、PCB 版图、FPGA/MCU 固件、上位机 Python 源码、物料清单 BOM 公开；硬件采用 CERN-OHL-P 开源硬件协议，软件使用 MIT 协议。

  2. 电子波束扫描

    搭载 ADAR1000 4 通道移相器，支持±45° 俯仰 + 方位二维电子扫描，无机械转动即可定向波束。

  3. 片上实时信号处理

    FPGA 硬件加速：脉冲压缩、FFT 多普勒分析、MTI 动目标显示、CFAR 恒虚警检测全部板载完成，不依赖电脑算力。

  4. 配套上位机与定位

    Python 图形界面实时雷达热力图可视化；内置 GPS/IMU，可实现雷达自身位置校正、目标地理坐标标记。

  5. 模块化分层硬件

    电路分为电源管理板、频率合成板、主信号处理板、射频功放板、天线阵列五大独立模块，便于单独调试与替换。

三、硬件架构与核心器件

1. 分层硬件板卡

  • 电源管理板：多路精密稳压，由 STM32 实现上电 / 下电时序、温度过热保护。

  • 频率合成板：ADF9523-1 低噪声时钟源 + ADF4382 射频合成器，生成 10.5GHz 雷达载波。

  • 主 FPGA 核心板（核心）

    • 数模 DAC：生成线性调频雷达波形

    • 上下变频混频器：TC3552 射频混频器

    • ADAR1000 多通道射频移相器，实现阵列波束控制

    • ADRT1007 射频前端：低噪放 LNA + 发射功率驱动

    • 8 通道高速 ADC：回波信号采集

    • FPGA 完成 IQ 正交解调、滤波、脉冲压缩、多普勒运算

    • STM32F7 微控制器：整机调度、GPS/IMU 交互、温控

  • 16 通道功率放大板（仅 10X 增强版）：QPA2962 GaN 功放，单通道 10W 发射功率，实现 20km 远距离探测

  • 天线阵列：标准版贴片微带天线；增强版填充介质波导缝隙天线

2. 辅助外设

步进电机支架、散热风扇、整机外壳、射频开关阵列、多路温度采集监控电路。

四、完整信号处理流水线 Processing Pipeline

  1. 波形生成：FPGA DAC 产生线性调频 LFM 脉冲信号

  2. 射频变频：混频器完成基带与 10.5GHz 载波上下变换

  3. 阵列波束控制：ADAR1000 移相器独立调节每一路天线相位，实现电子波束指向

  4. 回波采集与预处理：ADC 采集反射信号 → IQ 正交解调 → 滤波降噪

  5. 雷达核心算法（FPGA 硬件加速）

    • 脉冲压缩（提升距离分辨率）

    • FFT 多普勒频谱分析（测量目标速度）

    • MTI 杂波抑制（过滤树木、建筑静止杂波）

    • CFAR 目标检测（自适应阈值识别真实目标）

  6. 系统调度层（STM32）

    电源时序、GPS 定位、IMU 姿态校正、散热风扇温控、步进支架控制

  7. 上位机可视化（Python GUI）

    实时距离 - 速度热力图、目标坐标绘制、地图融合、数据记录回放

五、关键技术参数表

参数项

AERIS-10N (3km 标准版)

AERIS-10X (20km 增强版)

工作频率

10.5 GHz

10.5 GHz

天线阵列

8×16 贴片微带天线

32×16 介质波导缝隙阵列

最大测距

3 km

20 km

波束扫描范围

方位 ±45°，俯仰 ±45°

方位 ±45°，俯仰 ±45°

信号处理核心

FPGA + STM32

FPGA + STM32 + 16 路 GaN 功放

输出功率

板载驱动级

每通道 10W 功率放大

配套软件

Python 实时可视化 GUI

Python 实时可视化 GUI

六、开发前置依赖

  • 硬件设计：EAGLE PCB 软件

  • FPGA 开发：Xilinx Vivado

  • MCU 开发：STM32CubeIDE

  • 上位机：Python 3.x + 科学计算 / 可视化库

  • 硬件焊接能力：BGA、QFN 射频器件精密焊接

七、开源协议与商用说明

  1. 硬件（PCB、原理图、机械结构）：CERN-OHL-P v2 宽松开源硬件协议

    • 允许修改、复刻、商用量产，仅需保留原作者版权声明

  2. 软件（FPGA 代码、STM32 固件、Python 脚本）：MIT 开源协议

    • 无商用限制，可闭源二次开发

  3. 注意事项：10.5GHz 射频发射需遵守各国无线电频谱法规，远距离大功率版本（10X）受射频监管约束。

八、项目地址

https://github.com/swzhangf/AERIS-10-Open-Source-Pulse-Linear-Frequency-Modulated-Phased-Array-Radar