[發明專利]一種無人機毫米波雷達探測系統、探測方法及無人機

在審

• 申請號: 202010560137.8
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111650589A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 王帥;張偉;王雨;張臣勇;車馳;李堯
• 申請（專利權）人: 成都納雷科技有限公司
• 主分類號: G01S13/933
• 分類號: G01S13/933;G05D1/10
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 廖元寶

本發明公開了一種無人機毫米波雷達探測系統、探測方法及無人機，此探測系統包括毫米波雷達和旋轉機構，所述旋轉機構安裝于所述無人機的機身上，所述毫米波雷達安裝于所述旋轉機構上，并隨旋轉機構同步旋轉。探測方法包括步驟：在無人機飛行過程中，毫米波雷達進行旋轉掃描；其中旋轉掃描路徑為：機身前方?機身下方?機身后方，或者機身后方?機身下方?機身前方；結合無人機飛行狀態，雷達旋轉掃描得到目標信息，構建飛行立體空間地圖。此無人機包括機身和如上所述的無人機毫米波雷達探測系統。本發明具有結構簡單、成本低、主動避障、安全可靠、飛行智能化等優點。

技術領域

本發明主要涉及無人機技術領域，具體涉及一種無人機毫米波雷達探測系統、探測方法及無人機。

背景技術

隨著科技蓬勃發展，農業、電力、工業、消防等行業級無人機越來越受到消費者追捧。同時，也對無人機的飛行智能化和安全性提出了越來越多的要求。目前的無人機智能化多包括智能探測設備和智能飛行控制算法。其中，智能探測系統一般有無人機避障方案和無人機定高方案。

其中傳統無人機避障通常是被動避障，即由無人機飛手通過機載攝像頭傳輸的實時畫面，觀察無人機周邊環境。同時，飛手根據飛行狀況和環境，及時調整飛行方案。該方案受攝像頭圖像傳輸質量和天氣影響較大，并且易受飛手人為影響和飛手飛行控制技術影響，方案避障風險較大。由于雷達迅速的從軍用領域轉向民用領域，更多的應用領域正被一步一步挖掘出來，將雷達應用于無人機避障領域正是一種新興產業。其能作為一種自動自主避障方案，也正被越來越多的無人機廠商青睞。如目前主流的無人機避障方案為將毫米波雷達安裝在無人機機身上，可以非常好的解決無人機避障問題。毫米波雷達通過發射電磁波，并接收回波信號，做一系列的信號處理，可以得到在雷達波束范圍內的障礙物信息(包括障礙物的實時距離、角度、速度等)。同時，將障礙物信息傳送給無人機飛控系統，再結合無人機自身飛行狀態，實時自主判斷危險等級，無人機自動調節飛行狀態，及時自主避障，減少了飛行事故發生，提高了飛行效率。并且，由于毫米波雷達出色的環境和天氣適應能力，其在惡劣的天氣環境下，也能正常的工作，最大程度上的減少由于人為失誤和天氣影響造成的無人機墜毀、人身安全事故等的發生。

另外，目前的無人機多會搭載測距設備，作為無人機飛行高度的主要判斷依據。由于毫米波雷達卓越的性能，通常也被應用無人機定高方案中，其基本工作原理與避障方案的毫米波雷達類似。

上述智能探測設備的系統原理圖如圖1所示，將避障設備和定高設備分別安裝于無人機飛行裝置上，用于探測無人機飛行航線上的障礙物信息和無人機飛行過程中離地面的高度。通過在飛行控制系統里面進行數據處理，可以得到無人機前方障礙物距離、角度等信息，同時還能得到無人機距下方最近障礙物高度，但是經本專利申請人的研究發現，此方案存在以下不足：

(1)目前根據定高設備，可以實時獲得無人機飛行高度；根據避障設備，可以實時獲得前方障礙物信息。在一定程度上，在無人機飛行控制系統中，可以根據上述信息判斷無人機飛行是否安全，并進行主動避障等功能。但是無人機飛控系統只能獲取到無人機飛行航線上的障礙物和飛行高度等信息，不能對整個飛行空間環境進行智能感知，這對飛行安全來說，存在潛在隱患。

(2)由于定高雷達和避障雷達都需要安裝在無人機機身上，采用多款雷達，不僅探測效果有限，還有可能存在多雷達相互干擾現象，還會加大系統成本。并且由于走線繁瑣，還可能會對無人機整體防水功能造成影響，同時會對無人機電池供電產生負荷。

(3)在空曠環境或地形起伏較小的環境中，無人機飛行空間環境較為干凈，具有飛行潛在威脅的障礙物較為簡單，此時，無人機多能實現主動避障，甚至繞障等功能。但在陡坡地、起伏山地等環境下，上述方案只能檢測到飛行航線上的障礙物信息，不能立體的判斷障礙物輪廓，只能進行主動剎停，而不能根據障礙物整體空間輪廓而對飛行姿態、速度等進行調整，降低了飛行效率，不能真正實現飛行智能化。

發明內容