[發明專利]一種基于FMCW毫米波雷達的無人機防撞預警信號處理系統

在審

• 申請號: 202010149892.7
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111366929A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 張潤曦;周洲;石春琦;陳光勝;潘松
• 申請（專利權）人: 華東師范大學;上海東軟載波微電子有限公司
• 主分類號: G01S13/933
• 分類號: G01S13/933
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種基于FMCW毫米波雷達的無人機防撞預警信號處理系統，該系統包括電源管理模塊、射頻前端模塊、信號處理模塊、顯示模塊及預警執行模塊，所述電源管理模塊分別連接射頻前端模塊、信號處理模塊、顯示模塊及預警執行模塊；所述射頻前端模塊與信號處理模塊連接；信號處理模塊分別與顯示模塊及預警執行模塊連接。本發明實時獲取四周障礙物的距離信息，有效保證了無人機在飛行過程中的安全，提高了無人機的防撞預警能力，大大降低了無人機飛行中的損壞的概率，同時不受天氣等外部環境因素的干擾，具有很好的穩定性。

技術領域

本發明屬于毫米波雷達領域，具體涉及毫米波調頻連續波雷達系統設計以及毫米波雷達信號處理。

背景技術

雷達是一種利用電磁波來完成指定區域內包括目標有無的判斷、準確位置定位、實時跟蹤及目標運動參數的估計等功能的電子系統。線性調頻連續波（FMCW）雷達因為簡單實用的結構和十分良好的測距性能在眾多的近程雷達系統應用領域中得到了人們的重視，有著更大更廣的發揮價值。線性調頻連續波雷達的發射在時間上是連續的，并且與只發射單一頻率或多個離散頻率點電磁波的連續波雷達系統不同，線性調頻連續波雷達系統所發射電磁的頻率隨時間是呈線性變化的。因此線性調頻連續波雷達有著重量輕、體積小、成本低等優點，在軍事和民用領域有著廣泛的研究和應用。線性調頻連續波雷達在發射和接收同時進行，不存在類似脈沖雷達工作中由于收發之間時間交替性所帶來的一些距離單元檢測不到的情況，所以線性調頻連續波在民用的車載、船載等防撞預警方面也有相當可觀的應用前景。

近年來，FMCW毫米波雷達系統在很多領域得到了應用，包括服務于安全駕駛的車載、防撞預警、氣象觀測、戰場偵察、校園、監獄等場合的安防等等。對于調頻連續波雷達在防撞預警領域的應用，國內外很多的院校、科研院所以及科技公司做了大量的研究工作。研制一款全天候、低誤報率、無死角、成本低、可靠性好的測距防撞預警雷達是一大熱點。

一方面，廣闊的民用和軍事應用前景推進了線性調頻連續波雷達技術不斷向前發展，另外一方面，雷達信號處理技術的發展和性能要求的不斷提升都對具體的硬件實現提出了越來越高的要求。FPGA因其所具有的設計的靈活性以及開發的迅速性已經成為當今數字信號處理系統的核心芯片之一，為雷達信號處理的工程實現提供了良好的平臺，并且隨著技術的發展，FPGA在雷達的實用化上將起著更加重要的作用。

無人機主要應用在民事領域和軍事領域兩大方面。民事領域上，無人機已被應用于空中拍攝、電力巡查、資源勘探測繪等諸多通航領域；同時，越來越多的人成為無人機飛行愛好者，從無人機飛行中體驗樂趣和刺激。在軍事領域上，由于無人機擁有隱蔽性好，作戰環境要求低，戰場生存能力強，避免飛行員自身傷亡等優點，已經被廣泛應用于現代戰爭或平時的軍事任務上。無人機的發展趨勢迅猛，但是在告訴發展之余還存在很多空白，其中一個就是無人機對于自身周圍的障礙物探測和規避能力基本還是一個空白，這也成了無人機最大的一個殺手。無人機在飛行過程中，螺旋槳的轉速達到每分鐘上萬轉，如果碰到外物，后果是災難性的，無人機及其攜帶的高價值的任務荷載將損毀，造成附帶地面上海，尤其可能對地面人員造成傷害。在市場上的中小型無人機，幾乎都沒有自主防撞的功能。為了保證無人機安全的飛行，一方面靠地面操縱人員豐富的經驗和超前的意識，另外一方面依賴提前規劃一條安全無障礙的航線。以上存在的問題是顯然的，如果操作手操作不當，可能造成“炸機”；如果預設航線上出現障礙物，無人機則將必然“炸機”。這些給無人機的安全飛行帶來了巨大的隱患，極大地限制了無人機的推廣，提高了無人機的應用門檻。市場迫切需要無人機擁有自主防撞功能。

發明內容

本發明的目的是針對現有市場上中小型無人機防撞技術的不足而提供一種基于FMCW毫米波雷達的無人機防撞預警信號處理系統，通過在無人機的前后左右安裝該毫米波雷達系統，形成360度無死角檢測區域，當雷達系統檢測到前方有障礙物，并且距離低于設定的閾值時，蜂鳴器模塊進行預警，同時也可以通過串口，查看雷達系統所探測的距離。本發明旨在提供一種雷達信號處理系統，以實現無人機在復雜飛行環境下的防撞預警。

實現本發明目的的具體技術方案是：