[发明专利]用于无人机仿地飞行控制的多波束雷达及数据融合方法

说明书

本发明公开了一种用于无人机仿地飞行控制的多波束雷达及数据融合方法，该雷达包括：雷达天线，雷达射频前端、雷达信号处理器以及数据融合处理器，雷达天线，包括至少三个通道的不同波束指向的微带阵列发射天线，以及至少二个通道的接收天线；雷达射频前端通过至少三个通道的微带阵列发射天线向至少三个不同方向发射电磁波；电磁波遇到障碍物反射后的反射波经至少二个通道的接收天线接收后，通过雷达信号处理器分别进行处理，并经数据融合处理器融合处理成地形信息。本发明采用多波束雷达的天线，可以同时探测前位置正下方、航向前进、后退方向的地面的高度信息，单雷达能够输出同一时间不同方向的地面距离信息，进而判断作业地块类型。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种用于无人机仿地飞行控制的多波束雷达及数据融合方法。

背景技术

无人机在飞行作业过程中需要获知当前准确的高度信息，如植保无人机在喷洒农药的时候，无人机与植被间的距离将直接影响到农药喷洒效果。目前，无人机作业定高飞行大多已采用毫米波雷达产品，能测量无人机与地面的垂直距离，在平坦的作业地形场景已取得较好的应用效果。但面对丘陵地带、山地、梯田等复杂地形，毫米波仿地雷达为满足定高精度要求，需设计较窄的波束角以确保有良好的距离探测精度，较窄的波束角不能提前获知前进方向地形变化情况，因而只能获取当前飞行位置相对高度信息，无法预判前方地面地形的变化情况，因而适应性较差。

为满足复杂地形提前预知前向地况的需求，则需安装多个毫米波雷达，成本较高。现有的多毫米波雷达融合仿地产品，至少需要3个毫米波雷达，在安装和使用上相对复杂。例如：专利号为201810445534.3，公告号为108681328A，名为“植保无人机仿地飞行方法及装置”，提供了植保无人机仿地飞行方法，包括：数据融合模块接收雷达组发送的实时高度信号，其中，所述雷达组包括至少三个毫米波雷达，且，各个所述毫米波雷达均设置在植保无人机的不同位置上，并数据融合模块将多雷达数据融合后发送给飞行控制器；该系统虽然能够基本完成无人机的复杂地形追随，但是由于需要分别安装多个雷达与融合控制器，安装位置要求高，融合标定困难，难以满足无人机作业复杂低成本、易维护的要求。

由于多个毫米波雷达皆为独立工作，融合控制器需被动地接收各雷达的数据信息，并根据各雷达在机体的安装角度、时间戳同步后再进行融合，预知航向地况信息。融合标定复杂，系统延迟高。并且，由于其雷达是多个分离的设备，需要单独设计融合模块，必然造成需要其他设备和软件统一将多种距离信息进行融合，导致需要更多的检测时间。

发明内容

本发明提供了一种用于无人机仿地飞行控制的多波束雷达及数据融合方法，用以解决现有的仿地毫米波雷达不能提前获知前进方向地形变化情况的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于无人机仿地飞行控制的多波束雷达，包括：雷达天线，雷达射频前端、雷达信号处理器以及数据融合处理器，

雷达天线，包括至少三个通道的不同波束指向的微带阵列发射天线，以及至少二个通道的接收天线；

雷达射频前端通过至少三个通道的微带阵列发射天线向至少三个不同方向发射电磁波；电磁波遇到障碍物反射后的反射波经至少二个通道的接收天线接收后，通过雷达信号处理器分别进行处理，并经数据融合处理器融合处理成地形信息。

优选地，接收天线为四个通道的接收天线。

优选地，雷达还包括ADC(Analog-to-Digital Converter，模拟数字转换器)采样模块，ADC采样模块用于将接收天线接收到的反射波进行模拟-数字转换后，输出给雷达信号处理器。

优选地，雷达信号处理器用于根据反射波以及返回时间，分别计算至少三个不同方向的雷达的电磁波的发射点到地面反射点之间的探测距离，输出至少三个不同方向的地面距离信息至数据融合处理器。