[發明專利]基于毫米波雷達的果園目標檢測裝置及其檢測方法

有效

• 申請號: 202110224816.2
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN113009422B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 楊洲;李洋;徐興;段潔利;申東英;譚顯森;蔣寅龍;易文峰
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S13/88
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于毫米波雷達的果園目標檢測裝置及其檢測方法，包括箱體、雷達保護罩、數據采集模塊和控制模塊；所述數據采集模塊包括伺服電機、毫米波雷達和旋轉編碼器，所述伺服電機通過支架固定在箱體內部，并與控制模塊電連接，能夠將伺服電機的旋轉角度傳輸到控制模塊的控制器中，所述連接件的一端固定在伺服電機處，其另一端伸出箱體的通孔與毫米波雷達連接，該毫米波雷達能夠跟隨伺服電機同步轉動，即伺服電機的旋轉角度能夠充當毫米波雷達的俯仰角度，從而使毫米波雷達實現三維掃描；本發明結構合理、安裝方便，對果園環境適應性強，能夠在光照、水霧等工作條件下檢測到可靠信息。

技術領域

本發明涉及果園三維目標檢測的技術領域，尤其是指一種基于毫米波雷達的果園目標檢測裝置及其檢測方法。

背景技術

果園過量施藥會造成農藥浪費，且多余農藥會飄落到土地、河流中，造成環境污染。果園對靶施藥技術可以檢測到靶標樹冠的有無及特征，進而控制噴霧量的大小，實現實時的變量噴霧，提高噴霧機工作效率和農藥利用率。

對果園冠層的精準探測是實現果園對靶施藥的關鍵技術，現階段國內外普遍采用的靶標探測設備有超聲波雷達、激光雷達、視覺傳感器、紅外傳感器等，其中超聲波雷達可以探測到靶標外形和體積，但是探測精度容易受到濕度和溫度影響，不適合噴霧作業環境；激光雷達可以準確檢測到目標信息，但其本身研發成本高，從商業角度看，不適合大規模推廣；傳統單目識別技術無法獲得檢測目標的深度信息，而雙目立體視覺對環境光照非常敏感，在光照較強或較暗的情況下會導致算法效果急劇下降，另外其計算復雜度高計算量大、測量范圍有限；而毫米波雷達相比其他傳感器具有探測距離遠，分辨率高、反應快、受惡劣天氣影響小的特點。其全天時、全天候和高精度探測能力適合果園噴霧環境要求，但毫米波雷達的掃描范圍是一個錐形，現階段大多毫米波雷達只能提供方位角和距離信息，無法提供俯仰角信息，這就導致其無法進行三維掃描。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供了一種基于毫米波雷達的果園目標檢測裝置及其檢測方法，裝置的毫米波雷達能夠在光照、水霧等工作條件下檢測到可靠的目標信息，且裝置結構合理、安裝方便，對果園環境適應性強。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：基于毫米波雷達的果園目標檢測裝置，包括箱體和雷達保護罩，所述箱體安裝在載具上，并形成有一通孔，所述雷達保護罩設置在通孔的上方，該果園目標檢測裝置還包括支架、連接件、數據采集模塊和控制模塊；其中，所述數據采集模塊包括伺服電機、毫米波雷達和第一無線數據傳輸模塊，所述伺服電機通過支架固定在箱體內部，并與控制模塊電連接，能夠將伺服電機的旋轉角度傳輸到控制模塊的控制器中，所述連接件的一端固定在伺服電機處，其另一端伸出箱體的通孔與毫米波雷達連接，該毫米波雷達能夠跟隨伺服電機同步轉動，即伺服電機的旋轉角度能夠充當毫米波雷達的俯仰角度，從而使毫米波雷達實現三維掃描，所述毫米波雷達與第一無線數據傳輸模塊電連接，能夠通過無線傳輸將毫米波雷達的方位角信息和距離信息傳輸到控制模塊中。

進一步，所述控制模塊內置于箱體，其包括控制器和第二無線數據傳輸模塊，所述控制器與第二無線數據傳輸模塊電連接，所述第二無線數據傳輸模塊與第一無線數據傳輸模塊連接，能夠接收毫米波雷達的方位角信息和距離信息并傳輸到控制器中。

進一步，所述箱體上設有第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口為USB接口，并與控制器電連接，用于傳輸控制器收集到的三維目標信息，所述第二接口為旋轉編碼器接口，并與控制器電連接，用于傳輸載具的位移信息和速度信息，所述第三接口為電源接口，并與數據采集模塊和控制模塊電連接，用于為果園目標檢測裝置供電。

進一步，所述數據采集模塊還包括旋轉編碼器，所述旋轉編碼器安裝在載具上，用于采集載具的位移信息和速度信息，且其與第二接口電連接，將載具的位移信息和速度信息傳輸到控制模塊的控制器中。

本發明也提供了上述基于毫米波雷達的果園目標檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：