[發明專利]一種基于無人機避障雷達的樹木輪廓檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201910933150.0
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110632942A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 張偉;王帥;車馳;李堯;王平
• 申請（專利權）人: 成都納雷科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01S13/94
• 代理公司: 43008 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 周長清;胡君

本發明公開一種基于無人機避障雷達的樹木輪廓檢測方法及裝置，該方法步驟包括：S1.獲取無人機避障雷達返回的回波信號，對獲取的回波信號使用第一門限值執行CFAR檢測，當檢測到目標且為樹木時，轉入執行步驟S2；S2.去除當前檢測到的目標，得到處理后的回波信號，轉入執行步驟S3；S3.使用減小第一門限值所得到的第二門限值對處理后的回波信號執行CFAR檢測，當檢測到目標時，由當前檢測到的目標確定得到目標樹木的輪廓。本發明能夠基于無人機避障雷達實現樹木輪廓邊界的檢測，且具有實現方法簡單、檢測精度高、避障效果好優點。

技術領域

本發明涉及無人機避障雷達檢測技術領域，尤其涉及一種基于無人機避障雷達的樹木輪廓檢測方法及裝置。

背景技術

近年來，隨著農業、電力、工業等行業級無人機市場的迅速增長，無人機關鍵技術也在發生日新月異的進步，如實時圖傳、目標識別、地形跟隨等技術，使得行業級無人機越來越趨于智能化。在諸多技術趨勢中，自動避障能力是實現無人機安全性的關鍵。精準的無人機自主避障系統能最大程度的減少因人為操作失誤、視線問題造成的無人機損毀、人身事故或建筑物事故等的發生。當前主流產品一般均是采用發射多個周期的頻率調制連續波(FMCW，Frequency Modulation Continuous Wave)信號，每一個掃頻周期為T_chirp，可以對于多目標場景中的每個目標同時進行距離和徑向速度測量，發射的波形如圖1所示，該類波形體制可以同時對多個目標進行距離和速度的測量，已廣泛應用于汽車雷達、天波超視覺雷達的船只檢測以及海嘯檢測等領域中。

將雷達安裝在無人機上，可以測量從無人機到各種障礙物之間的距離、角度和相對速度等，如采用毫米波雷達，擁有較強的天氣適應性且工作穩定可靠。無人機避障毫米波雷達工作時，是通過發射多個脈沖的線性調頻(LFM，Linear Frequency Modulation)信號，對每一個脈沖進行采樣，進行距離維傅里葉變換(FFT，Fast Fourier Transform)，得到距離維處理結果；對每一個脈沖進行類似處理后，再對應于某一個距離單元，對多個脈沖的回波進行速度維FFT處理，也即進行第二次FFT處理，此時可以得到一個距離-多普勒矩陣；得到距離-多普勒矩陣之后，采用恒虛警概率(CFAR，Constant False Alarm Ratio)檢測算法進行目標檢測，此時得到的目標參數信息包括目標距離和速度，基于檢測的目標結果，在多個陣元之間進行目標角度估計，得到目標以上的參數信息后，進行目標的跟蹤濾波和航跡管理等。

無人機在空中飛行時，容易碰撞到各種建筑物、樹冠以及電線等，而一旦發生碰撞，則極可能會導致無人機碰撞事件，甚至墜毀、損壞無人機，重則還可能發生傷人事件。及時發現樹木對于無人機飛行安全至關重要，針對樹木的探測，相比而言，對于比較茂密的樹木，無人機雷達的探測難度不大，但是使用上述傳統CFAR處理方法時，雷達實際所探測到的往往僅是樹木的稠密部分，如樹干主體部分，而如樹冠、樹枝等比較稀疏的部分，由于反射信號回波較弱，會存在樹干強反射體對弱目標的遮蓋效應，使得在強樹干的遮蓋下很難檢測到樹木中樹冠、樹枝等比較稀疏的部分，如圖2所示，這就導致了毫米波雷達即使探測到了樹木，但由于無法探測到樹冠、樹枝而無法準確探測樹木的輪廓邊界，無人機依然可能會碰撞到樹枝而發生碰撞事件。若考慮將CFAR檢測方法中檢測門限降低以提高樹冠、樹枝等比較稀疏部分的檢測，又會引起大量的虛警問題，給實際應用造成困擾。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種實現方法簡單、檢測精度高、避障效果好的基于無人機避障雷達的樹木輪廓檢測方法及裝置。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種基于無人機避障雷達的樹木輪廓檢測方法，步驟包括：

S1.一次CFAR檢測：獲取無人機避障雷達返回的回波信號，對獲取的回波信號使用第一門限值執行CFAR檢測，當檢測到目標且為樹木時，轉入執行步驟S2；