[發明專利]旋翼無人機遠距離復雜環境防撞毫米波雷達信號處理系統及方法

在審

• 申請號: 201610723573.6
• 申請日: 2016-08-25
• 公開（公告）號: CN107783114A
• 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

技術領域

本發明屬于雷達領域，涉及一種旋翼無人機遠距離復雜環境防撞毫米波雷達信號處理系統及方法。

背景技術

近幾年，隨著技術的不斷發展，民用小型旋翼無人機價格越來越低，被廣泛用于航拍、電影拍攝、農藥噴灑、現場救援、大地遙感測繪、高壓線電網巡視等領域。但是因為旋翼無人機低空飛行時易發生與障礙物之間的碰撞，導致旋翼無人機的損壞。目前威脅旋翼無人機室外低空飛行安全的物體主要有樹木等自然物體以及電力線、電線桿、建筑物等人造物體。

無人機發展多年，早就能透過GPS判定無人機在平面上的位置，藉此進行定點懸停。但是，如何讓無人機感知距離，回避障礙，一直都是個很大的難題。

最早的測距方式其實有點像倒車雷達，透過類似蝙蝠的“聽覺”，向測距對像射出電波，感知反射后判定物件的方向和位置。法國無人機公司Parrot旗下的AR.Drone無人機，最早就透過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；而零度無人機的探索者第二代(XIROXplorer2)則采用特殊紅外線方式360度測距，藉此回避障礙物。然而，雷達式測距的最大限制是：它需要先發射電波，然后偵察電波反射；在續航力和電波發射功率的限制下，很難進行長距離的測距：例如ParrotBebopDrone的超聲波定高，最高距離只有8米，而零度探索者2的最大回避半徑，則只有6米。大疆Phantom4或是YuneecTyphoonH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：大疆的雙目感應器可以判斷最遠約15米的障礙，比ParrotBebopDrone遠了接近一倍。但是采用視覺實現避障，環境變化會對其避障功能產生巨大的影響，大大影響其避障功能。

發明內容

本發明提供了一種旋翼無人機遠距離復雜環境防撞毫米波雷達信號處理系統及方法，目的在于得到一種雷達信號處理系統，以實現旋翼無人機遠距離復雜環境防撞。

本發明采用如下技術方案：

一種旋翼無人機遠距離復雜環境防撞毫米波雷達信號處理系統，其特征在于，包括天線分系統、射頻分系統、信號調理分系統、信號處理分系統；

所述天線分系統形成雷達探測所需的發射和接收波束，并將發射信號向指定區域輻射，并接收指定區域內的目標散射回波信號；

所述射頻分系統，產生發射信號且發射信號的頻率按照調制信號的規律進行變化，實現輸出線性調頻連續波；

所述信號調理分系統，對中頻模擬信號的濾波和幅值放大；

所述信號處理分系統，使信號調理分系統輸出的四路I/Q中頻信號，采集到AD采集通道中，并進行旋翼無人機遠距離復雜環境防撞毫米波雷達信號處理且輸出。

上述旋翼無人機遠距離復雜環境防撞毫米波雷達信號處理系統的信號處理方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.AD數據采集；

S2.去直流；

S3.窗函數處理；

S4.FFT變換；

S5.門限檢測；

S6.二進制檢測；

S7.解算速度、距離或角度中的一種或組合。

進一步的，所述步驟S1的具體方法是：

(1)將通道1和通道2中的連續IQ數據，通過AD采樣進行數字化處理；

(2)將通道1和通道2中采集到的數據分為三角波的上掃頻數據和下掃頻數據，去除前部分數據點后去直流，進行時頻的FFT變換，將時域數據轉換成頻率數據；

進一步的，所述步驟S2的具體方法是：

(1)將通道1和通道2中，分別計算各自通道三角波上、下掃頻IQ數據的均值；

(2)將各自通道三角波上、下掃頻IQ的每一個數據減掉上一步計算得到的均值。

進一步的，所述步驟S3的具體方法是：將通道1和通道2中，三角波的上、下掃頻段各自去直流后的時域數據進行加窗處理，選擇漢寧窗和/或海明窗。

進一步的，所述步驟S4的具體方法是：將通道1和通道2中，加窗后的三角波的上、下掃頻段數據進行FFT變換，將時域數據轉換成頻率數據。

進一步的，所述步驟S5的具體方法是：

(1)將通道1中的三角波上掃頻FFT變換后的各個點的復數模值和通道2中的三角波上掃頻FFT變換后的對應點上的復數模值，進行平均處理，將通道1中的三角波下掃頻FFT變換后的各個點的復數模值和通道2中的三角波下掃頻FFT變換后的對應點上的復數模值，進行平均處理；

(2)將平均后的數據，進行CFAR門限檢測。