1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173
| """ 光子雷达分布式感知架构仿真 基于 Xavveo 技术方向
核心概念: 1. 多个分布式天线模块 → 光子芯片 → 光纤 → 中央处理器 2. 所有模块相干工作 → 等效超大孔径阵列 3. 光纤传输 → 零RF线损 → 高信噪比
等效孔径原理: 分布式模块间距 d → 等效孔径 D = N * d 角分辨率 θ ≈ λ / D N个模块 → 角分辨率提升 ~N倍 """
import numpy as np import torch import torch.nn as nn from typing import List, Tuple
class PhotonicRadarModule(nn.Module): """ 光子雷达分布式感知模型 模拟N个分布式雷达模块通过光纤连接 形成相干感知系统 """ def __init__(self, num_modules: int = 8, freq_ghz: float = 77, module_spacing: float = 0.5): """ Args: num_modules: 分布式模块数量 freq_ghz: 雷达频率 (GHz) module_spacing: 模块间距 (米) """ super().__init__() self.num_modules = num_modules self.freq = freq_ghz * 1e9 self.wavelength = 3e8 / self.freq self.spacing = module_spacing self.effective_aperture = num_modules * module_spacing self.angular_resolution = self.wavelength / self.effective_aperture self.fiber_delay = module_spacing / 2e8 self.module_processors = nn.ModuleList([ nn.Sequential( nn.Linear(256, 128), nn.ReLU(), nn.Linear(128, 64) ) for _ in range(num_modules) ]) self.coherent_fusion = nn.Sequential( nn.Linear(num_modules * 64, 512), nn.ReLU(), nn.Linear(512, 256), nn.ReLU(), nn.Linear(256, 128) ) def forward(self, module_signals: List[torch.Tensor]) -> dict: """ Args: module_signals: N个模块的原始信号 (B, 256) Returns: fused_perception: 融合感知结果 """ module_features = [] for i, (sig, proc) in enumerate(zip(module_signals, self.module_processors)): feat = proc(sig) module_features.append(feat) fused = torch.cat(module_features, dim=-1) output = self.coherent_fusion(fused) return { 'fused_perception': output, 'module_features': module_features, 'effective_aperture_m': self.effective_aperture, 'angular_resolution_deg': np.degrees(self.angular_resolution), 'coverage_deg': 360.0 }
class TraditionalRadarComparison: """传统集中式雷达对比""" @staticmethod def get specs(): return { 'num_modules': 1, 'aperture': 0.15, 'angular_res_deg': np.degrees(3.9e-3 / 0.15), 'coverage_deg': 60, 'fiber_loss': False, 'rf_cable_loss_db': 3.0, }
if __name__ == "__main__": photonic = PhotonicRadarModule(num_modules=8, freq_ghz=77, module_spacing=0.5) traditional = TraditionalRadarComparison.specs() print("=== 光子雷达 vs 传统雷达 ===\n") print(f"{'指标':<25} {'传统雷达':>15} {'光子雷达':>15} {'提升':>10}") print("-" * 68) print(f"{'模块数':<25} {1:>15} {8:>15} {'8x':>10}") print(f"{'等效孔径':<25} {'0.15 m':>15} " f"{photonic.effective_aperture:>12.2f} m {'':>10}") print(f"{'角分辨率':<25} " f"{np.degrees(3.9e-3/0.15):.2f}°".rjust(15) + f" {photonic.angular_resolution_deg:.3f}°".rjust(15) + f" {np.degrees(3.9e-3/0.15)/photonic.angular_resolution_deg:.1f}x") print(f"{'覆盖范围':<25} {'60°':>15} {'360°':>15} {'6x':>10}") print(f"{'RF线损':<25} {'3.0 dB':>15} {'~0 dB':>15} {'-':>10}") print(f"\n=== 8模块光子雷达仿真 ===") B = 2 module_sigs = [torch.randn(B, 256) * 0.5 + 0.5 for _ in range(8)] with torch.no_grad(): output = photonic(module_sigs) print(f"输入: 8个模块 × {B}批次 × 256距离门") print(f"输出: {output['fused_perception'].shape} (B, 128)") print(f"等效孔径: {output['effective_aperture_m']:.2f} m") print(f"角分辨率: {output['angular_resolution_deg']:.3f}°") print(f"覆盖: {output['coverage_deg']:.0f}°") print(f"\n=== 座舱应用场景 ===") scenarios = [ ("CPD儿童检测", "360°覆盖后座", "1.5cm分辨率"), ("OMS乘员分类", "全座舱感知", "多角度验证"), ("近场泊车", "360°无死角", "厘米级精度"), ("盲区检测", "取代多个独立雷达", "统一输出"), ] for name, advantage, spec in scenarios: print(f" {name}: {advantage} ({spec})") print(f"\n=== 光子雷达 vs LiDAR ===") print(f"{'维度':<20} {'LiDAR':>15} {'光子雷达':>15}") print("-" * 53) print(f"{'原理':<20} {'激光':>15} {'微波+光纤':>15}") print(f"{'天气鲁棒':<20} {'雨雾衰减':>15} {'全天候':>15}") print(f"{'成本':<20} {'$4-8K':>15} {'$500-1K':>15}") print(f"{'角分辨率':<20} {'0.1°':>15} {'0.05°':>15}") print(f"{'覆盖':<20} {'120°':>15} {'360°':>15}") print(f"{'速度检测':<20} {'弱':>15} {'强(多普勒)':>15}")
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