[發明專利]一種用于電力線檢測的毫米波雷達及無人機

在審

• 申請號: 201710806656.6
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107728129A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 高永尚;王萬國;劉俍;許瑋;李超英;李建祥;任志剛;白萬建;劉凱;楊立超;任杰;劉威;李冬;楊波;孫曉斌;黃振寧
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;山東魯能智能技術有限公司;國家電網公司
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明屬于電力線檢測領域，尤其涉及一種用于電力線檢測的毫米波雷達及無人機。

背景技術

無人機突出的優點是可以做低空、低速和不改變機頭方向的低速飛行，在小面積場地可以垂直起降，由于無人機具有這些特點使其具有廣闊的發展前景。無人機在軍事方面已經廣泛應用于偵查巡邏、通信聯絡、指揮控制、對地攻擊、武器運送、機降登陸、戰場救護、后勤支援、電子對抗、反潛掃雷等領域；在民用方面主要應用于救災救生、醫療救護、緊急營救、地質勘測、吊裝設備、短途運輸、空中攝影、護林滅火等方面。

由于電力線的體積和其他障礙物相比，體積小很多，而且經常在山澗縱橫交錯，尤其在霧天、雨天和晚上即使有人機的飛行員也很難用肉眼去識別電力線，而且現在多地出現霧霾，使可見度大大降低，飛機的飛行安全更加令人擔憂。根據中新社報道，印度一架“北極星”輕型直升機墜毀，由于事發地電力線分步密集，沒有良好的避障設備。

無人機避障一般使用的技術有：光學探測器、紅外探測器、激光雷達和毫米波雷達等技術。現有的毫米波雷達重量較大、探測距離近、功耗大不能滿足無人機的搭載需求。此外，目前毫米波雷達檢測電力線的方法主要有：極化檢測算法，這種方法主要用于合成孔徑雷達(SAR)，它并適合無人機飛行高度和輸電線一樣高的情況。目前電力線檢測面臨的問題主要有以下幾個：(1)傳統上，運用霍夫變換來檢測直線，然而在使用毫米波雷達時，許多噪聲點會反映到這條直線上，進行霍夫變換后，這些噪聲會嚴重影響變換后的形參部分。(2)以前的檢測方式無法鑒定真實的電力線和噪聲線。(3)以前的毫米波雷達多對VCO進行非線性校準方式，運算量大，效率較低。(4)雷達結構復雜，體積較大，無法滿足小型無人機搭載需求。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種應用于電力線檢測的無人機搭載毫米波雷達，其重量輕、測距范圍廣，而且能夠有效區分毫米波雷達檢測的電力線和噪聲線。

本發明的一種用于電力線檢測的毫米波雷達，包括：信號處理部、雷達信號發射部和雷達信號接收部；所述雷達信號發射部與信號處理部相連，用于發射經信號處理部線性調制所產生的信號；所述雷達信號接收部用于接收反射的雷達信號，并傳送至信號處理部進行處理；

所述信號處理部被配置為：將接收到的反射雷達信號進行霍夫變換，再將霍夫變換后的信號利用預設的SVM分類器進行分類，其中分類結果表示信號的布拉格模式特性，進而區分出實際電力線和噪聲線。

進一步的，所述雷達信號發射部包括壓控振蕩器，其經信號處理部線性調制產生預設頻率范圍的線性調頻信號，經過倍頻器倍頻后，再通過功率放大器放大，最后通過發射天線輻射出去。該雷達信號發射部的結構簡單，且所需的元件少，經濟實惠，體積和功耗均較小。

進一步的，所述信號處理部還被配置為：

接收壓控振蕩器輸出的信號，進而得到壓控振蕩器的電壓與頻率的線性關系；

擬合壓控振蕩器的電壓與頻率的函數曲線，并求出壓控振蕩器線性校正函數曲線；

根據壓控振蕩器線性校正函數曲線來控制壓控振蕩器產生預設頻率范圍的線性調頻信號。

壓控振蕩器的輸出信號的頻率范圍和頻譜純度主要是由壓控振蕩器決定的，它是一種控制電調端的電壓來輸出不同頻率的信號振蕩器。采用上述方法對壓控振蕩器的輸出信號進行校正，可靠性高，通用性好，成本小，環境適應性好。

進一步的，所述壓控振蕩器采用LC壓控振蕩器。

進一步的，所述LC壓控振蕩器中的電感元件采用螺旋電感。

由于螺旋電感具有特殊的螺旋式結構，所以它串聯的寄生電阻會很小，并且在同一電感值的情況下，螺旋式電感所占面積最小。

進一步的，所述雷達信號接收部采用零中頻接收機。

進一步的，所述零中頻接收機包括低噪聲放大器，其將接收到的反射雷達信號進行放大后與本振信號混頻，其中，本振信號的頻率和發射的雷達信號頻率相同，混頻后直接產生零頻的中頻信號，再由一個低頻的中頻信號處理單元進行濾波和放大后傳送至信號處理部。