[發明專利]基于組合波形的旋翼無人機復雜環境防碰撞系統信號處理方法在審

申請號：	201610723158.0	申請日：	2016-08-25
公開（公告）號：	CN107783112A	公開（公告）日：	2018-03-09
發明（設計）人：	田雨農;王鑫照	申請（專利權）人：	大連樓蘭科技股份有限公司
主分類號：	G01S13/93	分類號：	G01S13/93
代理公司：	大連智高專利事務所(特殊普通合伙)21235	代理人：	李猛
地址：	116023 遼寧省大連***	國省代碼：	遼寧;21
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于組合波形無人機復雜環境碰撞系統信號處理方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于信號處理領域，涉及基于組合波形的旋翼無人機復雜環境防碰撞系統信號處理方法。

背景技術

無人機是無人駕駛飛機的簡稱(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，包括無人直升機、固定翼機、多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機。從某種角度來看，無人機可以在無人駕駛的條件下完成復雜空中飛行任務和各種負載任務，可以被看做是“空中機器人”。

固定翼無人機是軍用和多數民用無人機的主流平臺，最大特點是飛行速度較快；無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，可以原地垂直起飛和懸停；多旋翼(多軸)無人機是消費級和部分民用用途的首選平臺，靈活性介于固定翼和直升機中間(起降需要推力)，但操縱簡單、成本較低。

目前來看民用無人機最大的市場在于政府公共服務的提供，如警用、消防、氣象等，占到總需求的約70％，而我們認為未來無人機潛力最大的市場可能就在民用，新增市場需求可能出現在農業植保、貨物速度、空中無線網絡、數據獲取等領域；消費級無人機一般采用成本較低的多旋翼平臺，用于航拍、游戲等休閑用途。

對于無人機目前另外一個重要的關注點在于無人機防撞問題。例如法國無人機公司Parrot旗下的AR.Drone無人機，采用超聲波方式往下方測距，讓無人機能固定在同一高度上飛行；零度無人機的探索者第二代(XIRO Xplorer 2)則采用特殊紅外線方式360度測距，藉此回避障礙物；大疆Phantom 4或是Yuneec Typhoon H是透過雙目感應器，只要在光線良好的環境下，它的自動避障距離比超聲波雷達式避障要遠得多。但是目前這些方法，超聲波方式的最大作用距離為8m，零度無人機采用的紅外方式最遠為6m，大疆無人機通過采用雙目傳感器最多也是15m。

發明內容

為了解決旋翼無人機復雜環境防碰撞的問題，本發明提出了一種基于組合波形的旋翼無人機復雜環境防碰撞系統信號處理方法，以實現對于障礙物的速度等解算。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

所述組合波形是三角波調制的FMCW信號及恒頻波調制的CW信號組合而成的波形，第一段為三角波，第二段為恒頻波；

所述信號處理方法包括以下步驟：

S1.對各段波形，將A/D采集到的IQ數據，進行時頻的FFT變換，將時域數據轉換成頻率數據；

S2.將各段波形FFT變換后的復數模值做門限檢測CFAR，輸出過門限點位置，根據過門限的點計算其對應的頻率值，并由此得到對應點上的頻率矩陣，同時計算出恒頻段過門限點對應的相位值，并由此得到對應點上的相位矩陣；

S3.對于恒頻波，計算得到速度矩陣；而對于三角波，其上掃頻頻率矩陣和下掃頻對應的頻率矩陣，兩兩進行配對計算距離和速度，并由此得到距離矩陣和速度矩陣。

有益效果：

1、本發明給出了一種旋翼無人機在復雜環境中進行防碰撞系統整體信號處理設計方法；

2、本發明給出了一種復雜環境中多目標檢測的組合波形設計方案，同時給出了，可實現多目標檢測的理論分析，對于無人機防撞多目標識別，提供了一種波形設計思路以及解決方法。

3、本發明給出了詳細的信號處理過程，包括多目標相對速度的解算、相對距離解算、相位差方向角的解算，以及利用恒頻波的速度進行真是目標速度的匹配過程等，對于設計旋翼無人機復雜環境防碰撞系統提供了一種具體的信號處理方法。