[發明專利]一種用于四軸飛行器的全向超聲波障礙探測器

有效

• 申請號: 201510001548.2
• 申請日: 2015-01-05
• 公開（公告）號: CN104569993B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 吳限德;張憲亮;謝亞恩;易鈺馳;王巍;張德偉;許江濤;呂紅慶;郭鳳至;李方瑞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/93
• 分類號: G01S15/93;G01S15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于飛行環境障礙探測領域，具體涉及一種實現全方位距離測量的、碰撞檢測和預警的用于四軸飛行器的全向超聲波障礙探測器。

背景技術

由于無人飛行器飛行的城市環境越來越復雜，無人機數據采集難度大大增加，對機載超聲波敏感器的探測也提出了更高的要求。常規機載超聲波探測器采用固定的單個超聲波發射器和接收器采集數據，通過單片機對數據進行處理。這使得在某一瞬時，飛行器只能獲得單一方向的障礙情況；同時，傳統的機載超聲波探測器對周圍的環境距離進行測量時，需要調整飛行器姿態，不僅加大了操作難度，而且缺乏可靠性。常規超聲波探測器通過多次調整飛行器姿態尋找目標，操作性差。

發明內容

本發明的目的是解決單個固定機載超聲波探測器在故障檢測、距離測量、目標尋找中操作性差的問題，提供一種用于四軸飛行器的全向超聲波障礙探測器。

本發明的目的是這樣實現的：

用于四軸飛行器的全向超聲波障礙探測器，包括單片機、多路選擇開關、升壓電路、放大電路、超聲波發射探頭、超聲波接收探頭、溫度補償電路、接口：

單片機1輸入端與多路選擇開關2、溫度補償計7；輸出端與多路選擇開關2、接口6相連；多路選擇開關2與單片機1、升壓電路3、放大電路8相連；升壓電路3的輸入端與多路選擇開關2相連；輸出端與超聲波發射探頭4相連；超聲波發射探頭4的輸入端與升壓電路3相連；超聲波接收探頭5的輸出端與放大電路8相連；接口6的輸入端與單片機1相連；溫度補償計7的輸出端與單片機1相連；放大電路8的輸入端與超聲波接收探頭5相連；輸出端與多路選擇開關2相連。

超聲波發射探頭、超聲波接收探頭由12個，多路選擇包括24個開關，其中11個開關分別與放大電路的輸出端相連，11個開關與升壓電路的輸入端相連，單片機的輸入、輸出端與多路選擇開關相連；單片機控制發出微弱信號，經由多路選擇開關進入升壓電路，升壓電路將微弱信號轉化為強電信號，強電信號進入12個超聲波發射探頭，轉化為超聲波向周圍環境中發射；超聲波遇到周圍環境中的障礙物發生反射，與12個發射探頭相對應的12個接收探頭接收到反射波，將超聲波轉化為微弱電信號，電信號進入放大電路將電信號放大，放大之后的電信號經由多路選擇開關進入單片機，單片機對于采集的數據進行處理，判斷那些方向有超聲波反射回來，證明該方向環境中存在障礙物，并且通過超聲波的傳播時間，計算環境障礙物與飛行器之間的距離：

s_i＝165.75t_i i＝1,2,...,n

式中s_i為采樣點，以飛行器為圓心，以正北方向為起點的360°方向采集n+1個點，分別為

s₀,s₁,s₂,…s_n，利用拉格朗日插值法對n+1個離散點進行函數擬合，得到飛行器周圍距離：

L_n(θ)＝s₀L₀(θ)+s₁L₁(θ)+…+s_nL_n(θ)。

溫度補償電路7的輸出端與單片機1，所述的超聲波發射探頭、超聲波接收探頭由12個，多路選擇包括24個開關，其中11個開關分別與放大電路的輸出端相連，11個開關與升壓電路的輸入端相連，單片機的輸入、輸出端與多路選擇開關相連；單片機控制發出微弱信號，經由多路選擇開關進入升壓電路，升壓電路將微弱信號轉化為強電信號，強電信號進入12個超聲波發射探頭，轉化為超聲波向周圍環境中發射；超聲波遇到周圍環境中的障礙物發生反射，與12個發射探頭相對應的12個接收探頭接收到反射波，將超聲波轉化為微弱電信號，電信號進入放大電路將電信號放大，放大之后的電信號經由多路選擇開關進入單片機，單片機對于采集的數據進行處理，判斷那些方向有超聲波反射回來，證明該方向環境中存在障礙物，并且通過超聲波的傳播時間，計算環境障礙物與飛行器之間的距離：

式中s_i為采樣點，以飛行器為圓心，以正北方向為起點的360°方向采集n+1個點，分別為s₀,s₁,s₂,…s_n，利用拉格朗日插值法對n+1個離散點進行函數擬合，得到飛行器周圍距離：