[发明专利]旋翼无人机远距离复杂环境防撞毫米波雷达信号处理系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达领域，涉及一种旋翼无人机远距离复杂环境防撞毫米波雷达信号处理系统及方法。

背景技术

近几年，随着技术的不断发展，民用小型旋翼无人机价格越来越低，被广泛用于航拍、电影拍摄、农药喷洒、现场救援、大地遥感测绘、高压线电网巡视等领域。但是因为旋翼无人机低空飞行时易发生与障碍物之间的碰撞，导致旋翼无人机的损坏。目前威胁旋翼无人机室外低空飞行安全的物体主要有树木等自然物体以及电力线、电线杆、建筑物等人造物体。

无人机发展多年，早就能透过GPS判定无人机在平面上的位置，藉此进行定点悬停。但是，如何让无人机感知距离，回避障碍，一直都是个很大的难题。

最早的测距方式其实有点像倒车雷达，透过类似蝙蝠的“听觉”，向测距对像射出电波，感知反射后判定物件的方向和位置。法国无人机公司Parrot旗下的AR.Drone无人机，最早就透过超声波方式往下方测距，让无人机能固定在同一高度上飞行；而零度无人机的探索者第二代(XIROXplorer2)则采用特殊红外线方式360度测距，藉此回避障碍物。然而，雷达式测距的最大限制是：它需要先发射电波，然后侦察电波反射；在续航力和电波发射功率的限制下，很难进行长距离的测距：例如ParrotBebopDrone的超声波定高，最高距离只有8米，而零度探索者2的最大回避半径，则只有6米。大疆Phantom4或是YuneecTyphoonH透过双目感应器，只要在光线良好的环境下，它的自动避障距离比超声波雷达式避障要远得多：大疆的双目感应器可以判断最远约15米的障碍，比ParrotBebopDrone远了接近一倍。但是采用视觉实现避障，环境变化会对其避障功能产生巨大的影响，大大影响其避障功能。

发明内容

本发明提供了一种旋翼无人机远距离复杂环境防撞毫米波雷达信号处理系统及方法，目的在于得到一种雷达信号处理系统，以实现旋翼无人机远距离复杂环境防撞。

本发明采用如下技术方案：

一种旋翼无人机远距离复杂环境防撞毫米波雷达信号处理系统，其特征在于，包括天线分系统、射频分系统、信号调理分系统、信号处理分系统；

所述天线分系统形成雷达探测所需的发射和接收波束，并将发射信号向指定区域辐射，并接收指定区域内的目标散射回波信号；

所述射频分系统，产生发射信号且发射信号的频率按照调制信号的规律进行变化，实现输出线性调频连续波；

所述信号调理分系统，对中频模拟信号的滤波和幅值放大；

所述信号处理分系统，使信号调理分系统输出的四路I/Q中频信号，采集到AD采集通道中，并进行旋翼无人机远距离复杂环境防撞毫米波雷达信号处理且输出。

上述旋翼无人机远距离复杂环境防撞毫米波雷达信号处理系统的信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.AD数据采集；

S2.去直流；

S3.窗函数处理；

S4.FFT变换；

S5.门限检测；

S6.二进制检测；

S7.解算速度、距离或角度中的一种或组合。

进一步的，所述步骤S1的具体方法是：

(1)将通道1和通道2中的连续IQ数据，通过AD采样进行数字化处理；

(2)将通道1和通道2中采集到的数据分为三角波的上扫频数据和下扫频数据，去除前部分数据点后去直流，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；

进一步的，所述步骤S2的具体方法是：

(1)将通道1和通道2中，分别计算各自通道三角波上、下扫频IQ数据的均值；

(2)将各自通道三角波上、下扫频IQ的每一个数据减掉上一步计算得到的均值。

进一步的，所述步骤S3的具体方法是：将通道1和通道2中，三角波的上、下扫频段各自去直流后的时域数据进行加窗处理，选择汉宁窗和/或海明窗。

进一步的，所述步骤S4的具体方法是：将通道1和通道2中，加窗后的三角波的上、下扫频段数据进行FFT变换，将时域数据转换成频率数据。

进一步的，所述步骤S5的具体方法是：

(1)将通道1中的三角波上扫频FFT变换后的各个点的复数模值和通道2中的三角波上扫频FFT变换后的对应点上的复数模值，进行平均处理，将通道1中的三角波下扫频FFT变换后的各个点的复数模值和通道2中的三角波下扫频FFT变换后的对应点上的复数模值，进行平均处理；

(2)将平均后的数据，进行CFAR门限检测。