[发明专利]受困人员搜救系统及搜救方法

权利要求书

1.受困人员搜救系统，其特征是：包括四旋翼飞行器、单片机、PC机、毫米波雷达和遥控器；

四旋翼飞行器包括机架、无刷电机、螺旋桨、毫米波雷达及飞行控制单元；机架上端设有呈“十”字形分布的四根等长的支杆，下端设有起落架；四个无刷电机分别固定安装在每根支杆的末端；四个螺旋桨分别安装在四个无刷电机的机轴上；毫米波雷达安装在机架上，其探测方向朝向机架正下方，其内部包含2根发射天线和4根接收天线组成的天线阵列；飞行控制单元安装在机架上，飞行控制单员包括控制芯片、惯性测量模块、电池、电机驱动模块及电压稳压模块；控制芯片与惯性测量模块电连接；电池通过电机驱动模块与无刷电机电连接，从而为无刷电机供电，电池通过电压稳压模块与控制芯片电连接，从而为控制芯片供电；控制芯片、电机驱动模块、电池、电压稳压模块依次电性连接并形成PID闭环；

单片机上设有信号输入端口和信号输出端口，单片机的信号输入端口分别与毫米波雷达和遥控器通信连接，单片机的信号输出端口分别与PC机和飞行控制单元的控制芯片通信连接；遥控器用于控制四旋翼飞行器的飞行姿态，PC机用于显示基于毫米波雷达获取的实时雷达图。

2.如权利要求1所述的受困人员搜救系统，其特征是：毫米波雷达内部包含多阶RC滤波器。

3.如权利要求2所述的受困人员搜救系统，其特征是：四旋翼飞行器还包括地图获取模块；地图获取模块包括里程计、加速度传感器及摄像头；里程计、加速度传感器及摄像头均固定安装在机架上，摄像头用于获取四旋翼飞行器下方地面的视野；地图获取模块与PC机通信连接。

4.一种受困人员搜救方法，基于权利要求3所述的受困人员搜救系统，其特征是，步骤如下：

S01，覆盖式快速搜索：

四旋翼飞行器接到搜救任务后，全速飞行前往目标区域，即将到达目标区域的边界时，四旋翼飞行器减速飞行并降低飞行高度，到达目标区域的边界后，毫米波雷达开始工作，搜寻目标区域内的受困人员；四旋翼飞行器在目标区域的飞行路线呈蛇形盘管状的路线，从而实现毫米波雷达的探测路径将目标区域全覆盖；四旋翼飞行器在飞行过程中同步执行以下操作：

a、毫米波雷达获取的检测数据通过无线网络传输至单片机，再通过数据线传输至PC机上，通过PC机显示实时雷达图；

b、通过里程计、加速度传感器和摄像头综合获取环境信息，由PC机通过拓展卡尔曼滤波算法进行多传感器数据融合，从而获得环境地图，通过多传感器数据融合的结果计算出四旋翼飞行器当前的位置坐标、姿态角和行进速度；

本步骤中，四旋翼飞行器的飞行速度为3-4m/s，飞行高度为8-10m；

S02，针对疑似目标悬停检测：

a、四旋翼飞行器在飞行途中，毫米波雷达14一直在持续检测，检测效果会存在一定的误判率，有可能将与人体回波信息相似的其它动物或物体误判为受困人员，此状态下搜寻到的受困人员均称为“疑似目标”；

b、当搜寻到“疑似目标”后，四旋翼飞行器进一步降低高度，移动至目标正上方，保持悬停，再通过毫米波雷达进行检测，从而准确判断“疑似目标”是否为受困人员；

c、若非受困人员，则四旋翼飞行器抬升飞行高度至8-10m，沿既定的路线继续飞行检测；若为受困人员，则将目标的坐标通过单片机上传至PC机，并持续定位追踪目标，直至救援人员前来施救；

本步骤中，四旋翼飞行器悬停高度为5m。

5.如权利要求4所述的受困人员搜救方法，其特征是：毫米波雷达杂波抑制方法如下：毫米波雷达接收到的回波中，除人体信息之外的障碍物、动物、地面、花草树木的信息均称为杂波；杂波集中出现在回波中的零频附近和整数倍脉冲重复频率处；将直流置零以滤除零频附近的杂波；通过多阶RC滤波器滤除整数倍脉冲频率杂波时，所述的多阶RC滤波器在任意整数倍脉冲重复频率处具有高阻带，能够有效过滤整数倍脉冲重复频率处的杂波，而其它任意频段是通带，让有效目标的信息通过。

6.如权利要求5所述的受困人员搜救方法，其特征是：受困人员定位算法如下：将“受困人员”简称为“目标”；通过毫米波雷达检测到目标后，得到目标的距离和多普勒速度信息，但想要实现定位还需要得到目标角度信息，即目标回波信号的入射角；具体做法是进行3D-FFT 运算：首先对各个接收天线接收到的回波信号进行2D-FFT运算，即进行距离维和多普勒维的傅里叶变换，得到距离-多普勒信息矩阵；然后将距离-多普勒矩阵组合成一个三维矩阵，并沿着接收天线的方向进行 3D-FFT 处理，即角度维FFT，即可得到目标回波信号的方位角；最后结合毫米波雷达与目标的距离S和目标方位角，计算得到目标在雷达坐标系中的二维坐标，实现对目标的定位。