[實用新型]一種應(yīng)用于無人機的平面集成式微波測高雷達

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820980190.1
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN208432728U
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳振華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S13/08
• 分類號: G01S13/08;G01S13/50
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

本實用新型公開了一種應(yīng)用于無人機的平面集成式微波測高雷達，包括微波基片、第一基片和第二基片，所述微波基片、第一基片、第二基片從上至下順序疊放，微波基片的上表面設(shè)有射頻收發(fā)前端、發(fā)射天線、接收天線、第一濾波器、第二濾波器和混合環(huán)，第二基片的底部設(shè)有頻率合成器、電源管理模塊、通訊接口模塊和控制處理電路。構(gòu)成全天時進行精確穩(wěn)定的高度測量的雷達傳感器。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及微波頻段雷達系統(tǒng)中的測距雷達技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于無人機的平面集成式微波測高雷達。

背景技術(shù)

無人機在低空飛行作業(yè)過程中，需要跟隨地表的高低起伏動態(tài)調(diào)整飛行高度，以保證飛行的安全性，這需要通過無人機搭載的測高裝置通過連續(xù)高度測量來保障。

現(xiàn)有的無人機高度測量主要有如下幾種方法：

1、通過激光雷達測高

2、通過氣壓計測高

3、通過超聲波測高

4、通過微波雷達測高

對于第1種方法，通過激光雷達測高，如“空軍工程大學學報（自然科學版）”2010年10月發(fā)表的《適用于無人機超低空飛行的脈沖激光測高系統(tǒng)》一文所述，通過對連續(xù)波激光源進行脈沖調(diào)制，發(fā)射激光脈沖，并接收回波脈沖，通過比對收發(fā)脈沖之間的時間延遲，推算出高程差。通過這種方法進行無人機測高，在實際始用時最大的限制因素就是不能全天時全天候工作。眾所周知，激光雷達一般都是在光照較弱或夜晚的條件下工作，如果白天太陽光照強烈的時候，地表反射的太陽輻照可能也比較強，會對激光束產(chǎn)生較大的背景噪聲干擾，影響測量準確性。另外，在霧、重污染等空氣中懸浮粒子較多的氣象條件下，激光的穿透力會大大降低，無法始用。因此，使用激光雷達進行測高存在一定的不足。

對于第2種方法，使用氣壓計測高，如“自動化與儀表”期刊2012年發(fā)表的華南理工大學李洪輝等人撰寫的《無人直升機高度測量的設(shè)計與實現(xiàn)》一文所述，利用氣壓隨高度變化的基本原理，使用BMP085氣壓計芯片，結(jié)合高階卡爾曼濾波，實現(xiàn)高度測量。該方法存在的主要問題是：在不同的氣候條件下，氣壓與高度的關(guān)系呈現(xiàn)出多變性，導致測量的誤差較大。

對于第3種方法，使用超聲波測高，如“宇航計測技術(shù)”期刊2010年發(fā)表的內(nèi)蒙古工業(yè)大學劉博等人撰寫的《用于小型無人機的超聲波低空測高系統(tǒng)實驗研究》一文所述，基于超聲波在空氣中的傳播反射原理，利用超聲波模塊和微處理器相結(jié)合進行高度測量。該方法和目前大多數(shù)汽車上所用的超聲波倒車防撞告警裝置類似，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。其主要缺點是探測距離較近，實際最大探測距離一般只有10米左右，不太適用于在復(fù)雜地形飛行的無人機。

對于第4種方法，使用微波雷達測高，如北京航空航天大學張鳳等人2015年發(fā)表的《應(yīng)用于無人機的單天線LFMCW雷達高度表研究》一文所述，從該文所給出的系統(tǒng)原理框圖可知，其采用單天線調(diào)頻連續(xù)波測距的系統(tǒng)方案，為了消除單天線所帶來的發(fā)射功率泄露阻塞接收通道的問題，引入了矢量對消的電路。這種方法是調(diào)頻連續(xù)波雷達測距的經(jīng)典方法之一，其優(yōu)點是使用單天線，可以縮小體積，但付出的代價是需要使用復(fù)雜的矢量對消電路，而且電路里需要使用環(huán)形器、耦合器、矢量調(diào)制器等分立電路，客觀上增加了成本，也在一定程度上抵消了使用單天線帶來的體積縮減的優(yōu)勢。對于小型無人機測高雷達而言，因為探測距離較近，實際所需的天線口徑并不會很大，所以使用單天線與使用雙天線而言，其帶來的綜合優(yōu)勢并不明顯，反而因為矢量對消電路的引入造成了復(fù)雜性和成本的增加，這對于民用產(chǎn)品的推廣應(yīng)用來說是不利的。