CN107247265A - 一种多天线模组无人机毫米波雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多天线模组无人机毫米波雷达系统，包括至少一个天线及微波组件，用于产生毫米波信号并将其发送到障碍物处，并获取由障碍物发射回来的毫米波信号；中频滤波模块，用于对发射回来的毫米波信号进行滤波处理；AD采集及DSP处理模块，用于对处理后的毫米波信号进行采样分析，并判断出障碍物与无人机的距离。本发明具有体积小、重量轻、低功耗、空间分辨率高等优点。同时毫米波雷达具有穿透雾、烟、灰尘的能力及抗干扰强，具有全天候、全天时的特点。另外，其采用组合式模块化可拆卸结构，使其在不同的领域及不同的机型有着更好的兼容应用。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波雷达技术领域，具体地是涉及一种可360度检测控制无人机高速垂直机动的多天线模组无人机毫米波雷达系统。
背景技术
目前，多旋翼无人机避障系统主要有三种，超声波避障、TOF(Time of flight)测距以及复合避障。
超声波避障，干扰问题严重，有效距离只有5米，
TOF测距，它是激光雷达测距的一种，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行时间来得到目标物距离。使用这种方式光波容易受到干扰，系统发出的光，必须避开太阳光的主要能量波段，从而避免太阳光的直射、反射等对避障系统造成干扰。该原理需要非常精准的时间测量，需要专用处理芯片，而芯片价格则较为高昂。
复合避障雷达，采用的是激光+超声波的测距原理，这种方法避障范围很窄的。如果在后面和侧面也都加上雷达同时处理来自四面八方的信号，需要多个高性能处理器，这样会大大增加成本和耗电。
因此，本发明的发明人亟需构思一种新技术以改善其问题。
发明内容
本发明旨在提供一种多天线模组无人机毫米波雷达系统，具有体积小、重量轻、低功耗、空间分辨率高等优点。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种多天线模组无人机毫米波雷达系统，包括：
至少一个天线及微波组件，用于产生毫米波信号并将其发送到障碍物处，并获取由障碍物发射回来的毫米波信号；
中频滤波模块，用于对发射回来的毫米波信号进行滤波处理；
AD采集及DSP处理模块，用于对处理后的毫米波信号进行采样分析，并判断出障碍物与无人机的距离。
优选地，每一所述天线及微波组件均具体包括：
微波源，用于产生毫米波信号；
发射天线，用于将微波源产生的毫米波信号发送至障碍物处；
接收天线，用于接收由障碍物反射回来的毫米波信号，并将其发送给所述中频滤波模块。
优选地，还包括至少一个波形产生模块，与所述天线及微波组件连接，用于产生所述天线及微波组件所需要的调制电压，并对所述微波源进行调制。
优选地，所述AD采集及DSP处理模块具体包括：
AD采集单元，用于对所述中频滤波器处理后的数据进行AD采样，并将采样结果发送至DSP处理器；
所述DSP处理器，用于对采样结果进行FFT分析，通过FFT分析判断障碍物距无人机的距离。
优选地，还包括一通讯接口模块，用于实现AD采集及DSP处理模块与上位机之间的通信。
优选地，所述天线及微波组件的数量为4个，分别设置在无人机侧面的四个方向处。
优选地，所述波形产生模块的数量为2个，其中每一个所述波形产生模块分别与两个天线及微波组件连接。
优选地，所述毫米波信号的频段为24GHz。
优选地，所述毫米波信号的频段为77GHz频段。
采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：
本发明所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，具有体积小、重量轻、低功耗、空间分辨率高等优点。同时毫米波雷达具有穿透雾、烟、灰尘的能力及抗干扰强，具有全天候、全天时的特点。另外，其采用组合式模块化可拆卸结构，使其在不同的领域及不同的机型有着更好的兼容应用，能够360度实时监测无人机高速垂直机动。
附图说明
图1为本发明所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为符合本发明的一种多天线模组无人机毫米波雷达系统，包括：
至少一个天线及微波组件，用于产生毫米波信号并将其发送到障碍物处，并获取由障碍物发射回来的毫米波信号；其中毫米波(millimeter wave)：波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。
中频滤波模块，用于对发射回来的毫米波信号进行滤波处理；
AD采集及DSP处理模块，用于对处理后的毫米波信号进行采样分析，并判断出障碍物与无人机的距离。
优选地，每一所述天线及微波组件均具体包括：
微波源，用于产生毫米波信号；
发射天线，用于将微波源产生的毫米波信号发送至障碍物处；
接收天线，用于接收由障碍物反射回来的毫米波信号，并将其发送给所述中频滤波模块。
优选地，还包括至少一个波形产生模块，与所述天线及微波组件连接，用于产生所述天线及微波组件所需要的调制电压，并对所述微波源进行调制。
优选地，所述AD采集及DSP处理模块具体包括：
AD采集单元，用于对所述中频滤波器处理后的数据进行AD采样，并将采样结果发送至DSP处理器；
所述DSP处理器，用于对采样结果进行FFT分析，通过FFT分析判断障碍物距无人机的距离。
优选地，还包括一通讯接口模块，用于实现AD采集及DSP处理模块与上位机之间的通信。该通信接口模块包括但不限于网络接口、RS485总线接口、CAN总线接口、WIFI无线接口、ZIGBEE无线接口。
优选地，所述天线及微波组件的数量为4个，分别设置在无人机侧面的四个方向处。
优选地，所述波形产生模块的数量为2个，其中每一个所述波形产生模块分别与两个天线及微波组件连接。
优选地，所述毫米波信号的频段为24GHz。
优选地，所述毫米波信号的频段为77GHz频段。
优选地，本系统采用MFSK调制和多通道接收技术。由于其均为现有技术中已有的调整和通信技术手段，本领域技术人员应当知晓，故此处不再赘述。
更为优选地，本实施例中的各个模块为可拆卸模块，使其在不同的邻域及不同的机型有着更好的兼容应用。
下面以一具体实施例来阐述本发明的工作原理。
在该实施例中，包括四个天线及微波收发组件和一个中频滤波模块、一个AD采集及DSP处理模块。所述天线及微波组件置于系统外侧的四个方向，中频滤波模块、AD采集及DSP处理模块置于系统的中间。所述AD采集及DSP处理模块与四个天线及微波组件同时进行实时的通讯，对天线及微波组件接收的信息进行实时的监测。具体地，波形产生模块产生微波组件所需要的调制电压对微波组件的微波源进行调制，微波源产生的毫米波信号通过发射天线发射出去，接收天线对反射回来的信号变频后送中频滤波模块处理后进行AD采样，DSP处理器对AD采集单元采集的数据进行FFT分析，由于FFT处理结果的频谱与垂直于雷达天线的物体距离成正比，当天线靠近物体时，特定频率的峰值变大，当峰值超过某个阈值，则判断接近某个距离。即通过FFT分析可以判断障碍物距无人机的距离。当无人机离障碍物小于设定距离后，即可实行转向机动。
该实施例中采用MFSK调制和多通道接收技术，具备高精度角度分辨能力，低速测量能力和精准测距能力，最小作用距离0.6米，最大作用距离可达50米。采用收发一体传感器技术，Z频域细分技术和动态目标识别技术，天线及微波组件可以360度水平扫描。采用24GHz/77GHz频段，工业级设计，具有穿透雾、烟、灰尘的能力及抗干扰强，具有全天候、全天时的特点。采用组合式模块化可拆卸结构，使其在不同的邻域及不同的机型有着更好的兼容应用。采用4天线模组的方式，可全天候可360度检测控制无人机高速垂直机动。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明采用4天线模组的方式，是一种能够360度检测控制无人机高速垂直机动的多天线模组无人机毫米波雷达。
2.本发明采用组合式模块化可拆卸结构，使其在不同的邻域及不同的机型有着更好的兼容应用。
3.本发明采用24GHz/77GHz频段，工业级设计，具有穿透雾、烟、灰尘的能力及抗干扰强，具有可以全天候、全天时工作的特点。
4.本发明采用MFSK调制和多通道接收技术，具备高精度角度分辨能力，低速测量能力和精准测距能力，最小作用距离0.6米至50米随意设置机动距离。
即本发明工作频率高，可得到大的信号带宽和多普勒频移，有利于提高距离和速度的测量精度和分辨能力并能分析目标特征，而且可以360度监测及无人机高速垂直机动。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于，包括：
至少一个天线及微波组件，用于产生毫米波信号并将其发送到障碍物处，并获取由障碍物发射回来的毫米波信号；
中频滤波模块，用于对发射回来的毫米波信号进行滤波处理；
AD采集及DSP处理模块，用于对处理后的毫米波信号进行采样分析，并判断出障碍物与无人机的距离。
2.如权利要求1所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于，每一所述天线及微波组件均具体包括：
微波源，用于产生毫米波信号；
发射天线，用于将微波源产生的毫米波信号发送至障碍物处；
接收天线，用于接收由障碍物反射回来的毫米波信号，并将其发送给所述中频滤波模块。
3.如权利要求2所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于：还包括至少一个波形产生模块，与所述天线及微波组件连接，用于产生所述天线及微波组件所需要的调制电压，并对所述微波源进行调制。
4.如权利要求1-3任一所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于，所述AD采集及DSP处理模块具体包括：
AD采集单元，用于对所述中频滤波器处理后的数据进行AD采样，并将采样结果发送至DSP处理器；
所述DSP处理器，用于对采样结果进行FFT分析，通过FFT分析判断障碍物距无人机的距离。
5.如权利要求1-4任一所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于：还包括一通讯接口模块，用于实现AD采集及DSP处理模块与上位机之间的通信。
6.如权利要求1-5任一所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于：所述天线及微波组件的数量为4个，分别设置在无人机侧面的四个方向处。
7.如权利要求3所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于：所述波形产生模块的数量为2个，其中每一个所述波形产生模块分别与两个天线及微波组件连接。
8.如权利要求1-7任一所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于：所述毫米波信号的频段为24GHz。
9.如权利要求1-7任一所述的多天线模组无人机毫米波雷达系统，其特征在于：所述毫米波信号的频段为77GHz频段。
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