Warum braucht ExoMars Stereo-Bodenradar-„Augen“?

In dem BBC News-Artikel Europas Mars-Rover nimmt Gestalt an, gibt es ein kurzes Video, das das strukturelle und thermische Modell (STM) des ExoMars-Rover beschreibt .

Nach der Beschreibung der Bohrerkiste sagt der Erzähler im Video (ungefähre Transkription):

Aber weil Sie einen Bohrer haben, müssen wir auch sehen, wo wir bohren werden, und um das zu tun, haben wir hier hinten ein Bodenradar.

Das ist also unsere Bodenradarhalterung. Es gibt zwei davon, sodass Sie in Stereo sehen können, als hätten Sie zwei Augen, Sie erhalten die Tiefenwahrnehmung .

Und damit können wir uns zum Beispiel die Struktur des Gesteins im Boden ansehen und sehen, wo ein wissenschaftlich gültiger Punkt für diese Bohrung wäre, also wo es einen Spalt zwischen zwei verschiedenen Gesteinsflözen gibt, wo es eine Lebensform geben könnte geschützt vor der harten Strahlung an der Oberfläche könnte heute noch gedeihen. (Betonung hinzugefügt)

Wir haben zwei Augen, weil ein Auge sehr wenig in der Lage ist, Tiefe zu erfassen, obwohl es optische Bildgebungsgeräte gibt, die Tiefeninformationen wie die „Lichtfeld“-Technologie von Lytro und interessanterweise REAL3™-Tiefenerfassungs-Imager-Chips , die das Photon tatsächlich messen, wiedergewinnen können Flugzeit pro Pixel.

Aber Radar oder RAdio Detection And Ranging ist sicherlich empfindlich für Entfernungen, und Bodenradar liefert reflektierte Intensitäten in jeder Tiefe.

Warum also sind zwei bodendurchdringende Radar-„Augen“ für den ExoMars-Rover notwendig oder wichtig?

Vielleicht interessiert es Sie auch zu wissen, dass ExoMars 2020 ziemlich autonom ist. Es hat einen 6-tägigen Zeitplan, der vom Boden geplant wird. Aber während es diesen Navigationsplan ausführt, suchen seine im Stereobild sichtbaren Kameras nach interessanten Felsen (unter Verwendung eines auf der Erde trainierten neuronalen Netzwerks an Bord). Wenn ein Stein interessant aussieht, plant er seinen Zeitplan neu, damit er zu dieser Gruppe von Steinen navigieren, einige nicht interaktive Analysen durchführen und entscheiden kann, ob der Stein einer weiteren Analyse durch die Wissenschaftler bedarf oder nicht. Ziemlich cooles Zeug!!
@ChrisR Ja, das ist ziemlich interessant, danke für den Hinweis!

Antworten (1)

Eine einzelne einfache Radarantenne kann Ihnen nicht viel sagen. Das grundlegendste Radar-Setup umfasst eine feste Sende- und Empfangsantenne sowie einige Software und Treiber. Modernes Radar verwendet dann einen Frequenzanstieg oder "dreieckigen" Impuls, den es von der TX-Antenne sendet (z. B. fegen Sie in kurzer Zeit von 24 auf 25 GHz). Anschließend analysieren Sie das zurückkommende Signal. Die Flugzeit kann Ihnen Informationen über die Reichweite des Objekts geben und die Amplitude oder Signalstärke gibt an, wie radarreflektierend das Objekt ist. Dann können Sie die Dopplerverschiebung analysieren und feststellen, ob sich das Objekt auf Sie zu oder von Ihnen weg bewegt. Das Problem ist, wenn Sie nur ein Radargerät (TX/RX-Paar) verwenden, erhalten Sie nur zweidimensionale Daten. Der Rover kann erkennen, dass er sich über einer Eistasche befindet, aber er kann Ihnen nicht sagen, ob die Eistasche nach links oder rechts dicker wird.

Im Wesentlichen würde der Rover mit einem Radar eine Datenachse erzeugen, die sich vom Radar nach unten erstreckt. Wenn der Rover dann fährt, zieht er diese Achse durch die Marsoberfläche und erzeugt eine 2D-Ebene von Oberflächendaten senkrecht zum Boden. Indem zwei Radargeräte senkrecht zur Fahrtrichtung vorhanden sind, erzeugt der statische Rover eine "Datenebene" (die mit beiden Achsen des einzelnen Radars zusammenfällt). Wenn der Rover nun fährt, „zieht“ er die senkrechte Ebene durch den Boden und erzeugt so eine 3D-Karte des Bodens. Siehe Anordnung der Radareinheiten hier:

Exomars-Radar-Prototyp

Ich habe einige Animationen gemacht, um zu erklären, wovon ich spreche:

Radar mit einem schmalen Strahl

In dieser Animation wird ein Radar mit schmalem Strahl nach unten gerichtet und erkennt ein Objekt. Der Rover weiß nicht, wo sich das Objekt im Bereich "mögliche Objektposition" befindet, aber da der Winkel des Radars so klein ist, kann er davon ausgehen, dass es sich in einem kleinen Bereich befindet.

Ein-Breitstrahl-Radar

Hier verwendet der Rover einen breiten Strahl, um einen großen Teil des unterirdischen Bereichs abzudecken. Es kann erkennen, dass es ein Objekt gibt, und es kann sagen, wie weit das Objekt vom Radar entfernt ist, aber es kann nicht den Winkel des Objekts in Bezug auf das Radar bestimmen.

Doppelter Breitstrahlradar

Hier verwendet der Rover zwei breite Strahlen, und da er die Entfernung des Objekts von jedem Radar und die Entfernung zwischen den Radareinheiten kennt, kann ein wenig Trigonometrie genau herausfinden, wo sich das Objekt unter der Erde befindet. Indem man vorwärts fährt, während man diese Scans durchführt, kann ein 3D-Bild des Bodens erzeugt werden.

Hinweis: Dies ist eine große Vereinfachung.

Danke für deine Antwort! Ich denke, das Flugzeug, von dem Sie sprechen, ist vertikal, und die Normale des Flugzeugs zeigt in die Richtung, in die sich der Rover bewegt. Aber ich verstehe nicht, wie der statische Rover mit "zwei Radargeräten senkrecht zur Fahrtrichtung eine "Datenebene" erzeugt (die mit beiden Achsen des einzelnen Radars zusammenfällt). " Wenn es schwierig zu erklären ist, können Sie das zumindest eine Quelle finden, die erklärt, wie die "Datenebene" erstellt wird?
@uhoh Ich habe einige Animationen hinzugefügt, die es klarer machen sollten :)
Okay, das ist also keine Tiefenwahrnehmung, wie im BBC-Video erklärt, das ist Triangulation . Ich hatte gedacht, dass jeder Empfänger reflektierte Signale von beiden Sendern aufnimmt und eine ausgefallene Signalverarbeitung durchführte, aber was Sie hier beschreiben, ist, zuerst Merkmale (Peaks) zu identifizieren und dann für jeden nur das Zeitdelta zwischen den linken zu betrachten Zeitspektrum und das richtige Zeitspektrum und triangulieren dann für jedes Merkmal.
So verstehe ich es zumindest. Hier habe ich auch mehr Details gefunden: "Für jede Sondierung wird eine Folge von N harmonischen Impulsen der Dauer τ, die die Frequenzbandbreite B des Instruments überstreichen, durch die Oberfläche übertragen und durch Änderungen der Permittivität im Untergrund reflektiert. Eine inverse Fourier-Transformation (IFT) wird dann an den Daten durchgeführt, um die Impulsantwort im Zeitbereich der Oberflächen- und Untergrundechos abzurufen." Von liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2016.1532 auch, da Standard-Vivaldi-Antennen verwendet werden, scheint es nicht zu schick zu sein
Warum braucht ExoMars Stereo-Bodenradar-„Augen“?
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