CN110192122A - 用于无人可移动平台上的雷达控制的系统和方法 - Google Patents

用于无人可移动平台上的雷达控制的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种无人可移动平台(UMP)和一种用于在导航期间在UMP上调整雷达信号方向的方法。所述UMP包括：至少一个传感器，被配置为检测与所述UMP相关联的移动；至少一个雷达，被配置为发射雷达信号；以及至少一个处理器，被配置为：从所述至少一个传感器接收与所述移动相关联的传感器信号；以及引导所述至少一个雷达至少部分地基于所述传感器信号来调整所述雷达信号的波束方向。所述UMP可以在操纵期间动态并自适应地调整其雷达波束的方向。

Description

用于无人可移动平台上的雷达控制的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及用于雷达控制的系统和方法。具体地，本公开涉及无人可移动平台上用于控制雷达波束的方向的实施方式。
背景技术
诸如无人机(UAV)的无人可移动平台已广泛应用于各种领域，例如航空摄影、监测、科学研究，地质勘测和遥感。这种UAV可以包括传感器并且被配置为从周围环境收集数据，并且可被编程以理解周围环境。在导航期间，UAV可以由远程用户手动控制。备选地，UAV可以以自主模式操作。
为了在自主模式下安全地进行导航，对于UAV来说，识别和避开导航路线中的任何障碍物是至关重要的。此外，UAV还应当能够连续监测其周围环境以避开UAV在操纵期间可能碰撞的任何物体。
发明内容
本公开的一个方面涉及用于自适应地调整无人可移动平台(例如，无人机)上的雷达波束的方向的系统和方法，以便在导航期间操纵无人可移动平台的同时将雷达波束基本上保持朝向预定方向。
根据本公开的一个方面，无人可移动平台(UMP)可以包括至少一个传感器，被配置为检测与无人可移动平台相关联的加速度；至少一个雷达，被配置为朝向预定方向发射雷达信号(Tx雷达信号)；以及至少一个处理器。所述至少一个处理器被配置为：接收反映来自所述至少一个传感器的加速度的传感器信号；以及引导所述至少一个雷达根据所述传感器信号自适应地调整雷达信号到一个方向。
根据本公开的另一方面，一种用于在无人可移动平台上调整雷达信号方向的方法可以包括：朝预定方向发射雷达信号(Tx雷达信号)；检测与无人可移动平台相关联的加速度；以及根据所述加速度自适应地调整雷达信号以保持预定方向。
附图说明
根据示例性实施例进一步描述本公开。当结合附图阅读时，本公开实施例的前述和其他方面在以下详细描述中更加显而意见。
图1示出了根据本公开实施例的示例无人机；
图2示出了根据本公开实施例的无人机的示例雷达控制系统；
图3示出了根据本公开实施例的配备有多个雷达的无人机；
图4A至图4G示出了根据本公开实施例的在不同飞行姿态下朝向预定方向发射雷达波束的无人机；
图5示出了根据本公开实施例的在具有障碍物的环境中操纵的无人机；
图6示出了根据本公开实施例的用于无人机在导航期间检测和避开障碍物的方法；以及
图7是示出了根据本公开实施例的无人机的处理器的框图。
具体实施方式
给出以下描述以使本领域技术人员能够制造和使用本公开，并且在具体申请及其要求的上下文中提供以下描述。对公开的实施例的各种修改对本领域技术人员而言将显而易见，并且在不背离本公开的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可适用于其他实施例和应用。因此，本公开并非限于所示实施例，而是符合与权利要求相一致的最宽泛范围。
本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体示例实施例，而不是意在进行限制。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”可能意图还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。还应理解，术语“包括”、“具有”和/或“包含”在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
本公开的这些和其他特征和特性以及结构的相关元件的操作方法和功能以及部件和制造经济的组合将在参考附图考虑以下描述的情况下变得更加明显，所有附图构成本说明书的一部分。然而，应清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围。应当理解，附图不是按比例绘制的。
本公开中使用的流程图示出了根据本公开中的一些实施例的系统实现的操作。应该清楚地理解，流程图的操作可以或者可以不按顺序实现。相反，操作可以按相反顺序或者同时地实现。此外，可以向流程图添加一个或多个其他操作。可以从流程图中移除一个或多个操作。
此外，尽管本公开中的系统和方法主要关于无人移动平台进行描述，但是还应当理解，这仅是一个示例性实施例。本公开的系统和方法可以应用于任何其他类型的移动平台。
本公开提供了用于在无人可移动平台的操纵期间(例如，当避开障碍物时)进行雷达控制的系统和方法。无人可移动平台(UMP)可以是能够进行空中导航的无人机(UAV)。例如，UAV可以是多旋翼飞行器，例如四轴飞行器。无人可移动平台还可以是能够在其他介质(例如，水或地面)上或其他介质中进行导航的无人载运工具。例如，无人可移动平台可以是无人水面舰艇、无人潜艇或无人地面载运工具。此外，无人可移动平台可以是可以导航通过多于一种介质的载运工具。例如，无人可移动平台可以是无人气垫船。本公开意在涵盖在提交本公开时可获得和可感知的最宽范围的无人载运工具。
仅是为了说明的目的，本公开使用UAV(例如，四轴飞行器)作为示例来说明用于控制的系统和方法。本文提供的实施例可以应用于各种类型的UAV。例如，UAV可以是重量不超过10kg和/或最大尺寸不超过1.5m的小型UAV。在一些实施例中，UAV可以是旋翼飞行器(例如，多旋翼飞行器)，其被推进以通过多个螺旋桨(例如，四轴飞行器)在空中移动。
图1示出了根据本公开实施例的作为本文描述的无人可移动平台的示例的UAV100。UAV 100可以包括具有多个旋翼和电子速度控制器(ESC)的推进系统。例如，图1中的UAV 100包括四个旋翼102、104、106和108。旋翼可以是自紧式旋翼的实施例。无人机的旋翼、旋翼组件或其他推进系统可以使无人机能够悬停/保持位置、改变朝向和/或改变空中的位置。相对旋翼的轴之间的距离可以是任何合适的长度110。例如，长度110可以小于或等于2m、或者小于等于5m。在一些实施例中，长度110可以在40cm至1m、10cm至2m，或5cm至5m的范围内。本文UAV的任何描述可以应用于可移动物体，例如不同类型的可移动物体，并且反之亦然。ESC可以与UAV 100的处理器连接并通信。处理器可以引导ESC控制多个旋翼的转速。
在一些实施例中，UAV 100可以被配置为承载负载。负载120可以包括外部装备、乘客、货物、装备、仪器等中的一个或多个。负载可以设置在外壳内。外壳可以与UAV的外壳122分离，或者作为UAV的外壳122的一部分。备选地，负载可以设置有外壳，而UAV不具有外壳。备选地，负载120的部分或整个负载120可以设置为没有外壳。负载可以相对于UAV 100刚性固定。备选地，负载120可以相对于UAV 100可移动(例如，相对于可移动物体可平移或可旋转)。
在一些实施例中，UAV 100可以包括位于负载120或外壳122中的搭载物。搭载物(例如，乘客)可以被配置为不执行任何操作或功能。备选地，搭载物可以是被配置为执行操作或功能的搭载物，也被称为功能型搭载物。例如，搭载物可以包括用于勘测一个或多个目标的一个或多个传感器。可以将任何合适的传感器合并到有效载荷中，诸如图像捕获装置(例如，照相机)、音频捕获装置(例如抛物面麦克风)、红外成像装置或紫外成像装置。传感器可以提供静态感测数据(例如，照片)或动态感测数据(例如，视频)。在一些实施例中，传感器可以提供针对搭载物的目标的感测数据。备选地或组合地，搭载物可以包括用于向一个或多个目标提供信号的一个或多个发射器。可以使用任何合适的发射器，例如照明源或声源。在一些实施例中，搭载物可以包括一个或多个收发器，例如用于与远离UAV 100的模块进行通信。搭载物还可以被配置为与环境或目标进行交互。例如，搭载物可以包括能够操纵物体的工具、仪器或机构，例如机器人手臂。
UAV 100可以包括被配置为收集相关数据的一个或多个传感器，相关数据例如是关于UAV状态、周围环境或环境内的物体的信息。适于本文公开的实施例使用的示例性传感器包括位置传感器(例如，全球定位系统(GPS)传感器、实现位置三角测量的移动设备发射机)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外光或紫外光的成像设备，如相机)、近距离或范围传感器(例如，超声波传感器、LIDAR(光检测和测距)、飞行时间或深度相机)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、惯性测量单元(IMU))、高度传感器、姿态传感器(例如，罗盘、IMU)、压力传感器(例如，气压计)、音频传感器(例如，麦克风)或场传感器(例如，磁力计、电磁传感器)。可以使用任何合适数量的传感器和传感器的组合，例如一个、两个、三个、四个、五个或更多个传感器。可以从不同类型的传感器(例如，两种、三种、四种、五种或更多类型)接收数据。不同类型的传感器可以测量不同类型的信号或信息(例如，位置、朝向、速度、加速度、接近度、压力等)和/或利用不同类型的测量技术来获取数据。例如，传感器可以包括有源传感器(例如，从其自己的能源产生能量和测量能量的传感器)和无源传感器(例如，检测可用能量的传感器)的任意合适的组合。作为另一示例，一些传感器可以产生相对于全局坐标系提供的绝对测量数据(例如，由GPS传感器提供的位置数据、由罗盘或磁力计提供的姿态数据)，而其它传感器可以产生相对与局部坐标系提供的相对测量数据(例如，由陀螺仪提供的相对角速度；由加速度计提供的相对平移加速度；由视觉传感器提供的相对姿态信息；由超声传感器、LIDAR或飞行时间相机提供的相对距离信息)。在一些实例中，局部坐标系可以是相对于UAV定义的体坐标系。
传感器可以被配置为收集各种类型的数据，例如与UAV 100、周围环境或环境内的物体相关的数据。例如，至少一些传感器可以被配置为提供关于UAV 100的状态的数据。由传感器提供的状态信息可以包括关于UAV 100的空间布置的信息(例如，诸如经度、纬度和/或高度的定位或位置信息；诸如横滚、俯仰和/或偏航的朝向或姿态信息)。状态信息还可以包括关于UAV 100的运动的信息(例如，平移速度、平移加速度、角速度、角加速度等)。例如，传感器可以被配置为关于多达六个自由度确定UAV 100的空间布置和/或运动(例如，位置和/或平移的三个自由度、朝向和/或旋转的三个自由度)。可以相对于全局坐标系或相对于局部坐标系(例如，相对于UAV或另一实体)提供状态信息。例如，传感器可以被配置为确定UAV和控制UAV的用户之间的距离，或者确定UAV和UAV的起飞点之间的距离。
传感器获得的数据可以提供各种类型的环境信息。例如，传感器数据可以表示环境类型，例如，室内环境、室外环境、低空环境或高空环境。传感器数据还可以提供关于当前环境条件的信息，包括天气(例如，晴朗、下雨、下雪)、可见度条件、风速、时间等。此外，传感器收集的环境信息可以包括关于环境中的物体(例如，本文中描述的障碍物)的信息。障碍物信息可以包括关于环境中的障碍物的数量、密度、几何形状和/或空间布置的信息。
在一些实施例中，通过组合由多个传感器获得的传感器数据(也称为“传感器融合”)产生感测结果。例如，传感器融合可用于组合由不同传感器类型获得的感测数据，不同传感器类型包括GPS传感器、惯性传感器、视觉传感器、LIDAR、超声波传感器等。作为另一示例，传感器融合可用于组合不同类型的感测数据，例如绝对测量数据(例如，相对于全局坐标系提供的数据，如GPS数据)和相对测量数据(例如，相对于局部坐标系提供的数据，如视觉感测数据、LIDAR数据或超声波感测数据)。传感器融合可用于补偿与各个传感器类型相关的限制或不准确性，从而提高最终感测结果的准确性和可靠性。
可以完全自主地(例如，通过诸如机载控制器之类的合适的计算系统)、半自主地或手动地(例如，由人类用户)操作本文描述的UAV 100。UAV 100可以从合适的实体(例如，人类用户或自主控制系统)接收命令，并且通过执行一个或多个动作来响应这些命令。例如，UAV 100可以被控制为从地面起飞、在空中移动(例如，具有多达三个平移自由度以及多达三个旋转自由度)、移动到目标位置或移动到一系列目标位置、悬停在空中、落在地面上，等等。作为另一示例，可以控制UAV 100以指定的速度和/或加速度(例如，具有多达三个平移自由度以及多达三个旋转自由度)或沿着指定的移动路径移动。此外，可以使用命令来控制一个或多个UAV 100部件，例如本文所述的部件(例如，传感器、致动器、推进单元、搭载物等)。例如，可以使用一些命令来控制诸如相机之类的UAV 100搭载物的位置、朝向和/或操作。
UAV 100可以被配置为根据一个或多个预定操作规则进行操作。操作规则可用于控制UAV 100的任何合适的方面，例如，UAV 100的位置(例如，纬度、经度、高度)、朝向(例如，横滚、俯仰、偏航)、速度(例如，平移和/或角度)和/或加速度(例如，平移和/或角度)。例如，操作规则可以被设计为使得UAV 100不允许超过阈值高度飞行，例如，UAV 100可以被配置为在距地面不超过400m的高度飞行。在一些实施例中，操作规则可以适于提供用于改进UAV 100安全性和防止安全事故的自动机制。例如，UAV 100可以被配置为检测限飞区域(例如，机场)并且不在限飞区域的预定距离内飞行，从而避免与飞机和其他障碍物的可能碰撞。
图2示出了根据本公开示例性实施例的UAV 100中的示例雷达控制系统200。雷达控制系统200可以包括处理器202、存储介质204、惯性测量单元(IMU)206和雷达系统210。
IMU 206可以被配置为测量UAV 100的任何角速度(例如，姿态变化)和线性加速度(例如，速度变化)。例如，IMU 206可以包括一个或多个陀螺仪以测量UAV的姿态变化(例如，绝对或相对俯仰、横滚和/或偏航角)，并且可以包括一个或多个加速度计以测量UAV的线性速度变化(例如，沿x、y和/或z方向的加速度)。陀螺仪和加速度计可以足够小，适于UAV100。例如，陀螺仪可以是MEMS陀螺仪，加速度计可以是MEMS加速度计。IMU 206可以被配置为与处理器202通信，以向处理器202发送测量到的UAV 100的角度和/或线性加速度数据。IMU 206还可以包括其他相对朝向传感器，其他相对朝向传感器可以是提供关于局部坐标系(例如，UAV体坐标)而不是全局坐标系(例如，牛顿(Newtonian)坐标)的姿态信息的任何传感器。示例性的相对朝向传感器可以包括视觉传感器、LIDAR、超声波传感器、以及飞行时间或深度相机。处理器202可以分析相对朝向传感器数据，以便提供偏航、俯仰和/或横滚以及相对偏航、俯仰和/或横滚角的估计。
雷达系统210可以是能够在UAV 100中实现的任何类型的雷达。例如，雷达系统210可以发射微波波束(例如，1～20mm波长范围)、激光束、声纳波束、适于在预定方向上检测距UAV 100一定距离内的物体的其他类型的雷达信号波束或其任何组合。雷达系统210可以包括发射天线(即，Tx天线)212、接收天线(即，Rx天线)214和信号发射/接收单元(即，Tx/Rx单元)216。Tx/Rx单元216可以是高度集成的单元，例如Tx/Rx芯片。Tx/Rx单元216可以被配置为与处理器202通信，产生并发射雷达信号(即，Tx信号)，当从物体反射Tx信号时，接收并处理经反射的信号(即，Rx信号)。
例如，Tx/Rx单元216可以包括数字移位寄存器，用于接收来自处理器202的指令并且相应地针对Tx天线212产生一系列数字信号211。Tx天线212发射数字信号211作为Tx信号。Tx天线212可以包括一个或多个阵列天线。每个阵列天线可以布置有线性阵列、平面阵列、频率扫描阵列或其任何组合。此外，每个阵列天线可以包括多个辐射元件，每个辐射元件具有移相器。当处理器202指示Tx天线激发辐射元件时，每个辐射元件可以发射其自己的Tx信号。由于辐射元件被布置为阵列，因此在从多个辐射元件发射的Tx信号之间可能发生相长/相消干涉。因此，可以沿着发生相长干涉的位置形成Tx信号波束，并且朝向某个方向发射Tx信号波束。处理器202还可以引导移位器移动来自每个辐射元件的Tx信号的相位，从而操纵相长/相消干涉模式，以便控制Tx信号波束的发射和/或传输方向。根据本公开的实施例，处理器202可以控制Tx信号波束的方向。此外，处理器202可以以二维方式控制波束方向，即，该波束方向可以向上、向下、向左和向右移动。雷达系统210还可以包括用于沿Tx信号的轴向旋转Tx雷达的机构(例如，电机)。因此，可以以三维方式调整Tx信号。
类似地，Rx天线可以包括一个或多个阵列天线。每个阵列天线可以被布置有线性阵列、平面阵列、频率扫描阵列或其任何组合。处理器202可以使Rx天线保持固定方向，或者可以基于Tx波束的方向调整Rx天线。例如，处理器202可以引导Rx天线接收来自预定方向的Rx信号213。例如，由于Rx信号213可以与Tx信号的方向相同或不同，因此处理器202可以调整Rx天线以面向某个方向来接收Rx信号213。此外，Tx/Rx单元216可以包括一个或多个模数转换器(ADC)和一个或多个数字信号处理单元，以处理接收到的Rx信号213。例如，数字信号处理单元可以识别出反射Tx信号的物体。然后，Tx/Rx单元216可以向处理器202发送经处理的Rx信号。
处理器202可以与存储介质204通信以记录接收到的数据，例如由雷达系统210检测到的物体的位置。存储介质可以是一个或多个暂时性处理器可读存储介质或非暂时性处理器可读存储介质，例如闪存、固态盘、ROM和RAM等。
处理器202可以接收经处理的Rx信号并且确定雷达系统210检测到的物体是否在UAV导航路径中的预定距离、速度和航向角内(例如，范围：10m、5m、3m、2m或1m；速度：+2m/s、-3m/s，其中“+”表示朝向UAV，“-”表示远离UAV；航向角：方位角为+10°、仰角为-5°)。如果物体在导航路径中并且在预定距离内，则处理器202可以确定物体是障碍物。作为响应，处理器202可以确定避开障碍物的计划。例如，处理器202可以确定将UAV 100快速地向右转，以避开3米外的障碍物。因此，处理器可以控制UAV旋转的相应旋转速度以使UAV迅速向右横滚。
在UAV 100的操作期间，当处理器202操纵UAV 100时，UAV 100的速度和/或姿态可以改变。例如，UAV 100可以迅速向右横滚以避开障碍物。这可以对Tx雷达波束和Rx雷达波束二者的方向产生影响。因此，处理器可以恒定地和/或周期性地与IMU 206通信，IMU 206可以恒定地和/或周期性地测量UAV的速度和姿态数据，并且自适应地调整雷达系统210的Tx/Rx波束的方向。
UAV 100可以包括单雷达系统210，以检测出现在预定方向上的物体。UAV 100还可以包括多个雷达，以检测UAV 100周围较宽范围内的物体。例如，图3示出了根据本公开的一些实施例的具有6个雷达(即，前雷达132、后雷达134、左雷达136、右雷达138、顶雷达140和底雷达142)的UAV 100。根据其他实施例，UAV 100可以包括比上述6个雷达更多或更少的雷达。
雷达132、134、136、138中的每一个可以朝向预定方向发射至少一束雷达信号。例如，左雷达136可以相对于前侧朝向UAV 100的左侧发射雷达波束156，右雷达138可以相对于前侧朝向UAV 100的右侧发射雷达波束158，顶雷达140可以向上发射雷达波束160。从雷达132、134、136、138、140、142发射的雷达波束可以是微波波束、激光束、声纳波束、适于在预定方向上检测距UAV 100一定距离内的物体的其他类型的雷达信号波束或其任何组合。
雷达132、134、136、138、140、142中的一些或全部可以发射一个以上的雷达波束。每个雷达可以发射与其他雷达相同或不同频率的雷达波束；并且相同雷达发射的雷达波束可以具有相同或不同的频率。例如，如图3所示，前雷达132可以在不同模式下操作，例如长波束模式和短波束模式，以发射两个不同的雷达信号波束。在长波束模式下，前雷达132可以发射长波束150；并且在短波束模式下，前雷达132可以发射短波束152。处理器202可以控制和/或调整前雷达132的Tx/Rx单元216的参数，以将前雷达132在长波束模式和短波束模式之间切换，即，处理器202可以控制前雷达132仅发射长波束150、仅发射短波束152或者在预定频率下交替发射长波束150和短波束152。
两个波束150、152可以是微波波束、激光束、声纳光束、适于在预定方向上检测距UAV 100一定距离内的物体的其他类型的雷达信号波束或其任何组合。例如，第一波束150可以是具有10°-20°之间的第一波束宽度的微波波束；并且短波束152可以是具有50°-70°之间的第二波束宽度的微波波束。长波束150可以具有超过70米且可以达到100米的有效检测范围；并且短波束可以具有约50米的有效检测范围。因此，UAV 100可以使用短波束检测更靠近UAV的物体，并使用长波束检测远离UAV的物体。雷达132可以以第一频率发射短波束152，以第二频率发射长波束150。例如，长波束和短波束都可以是20mm的微波波束；并且雷达132可以以50Hz(例如，每秒检测无人机50米内的物体50次)的频率发射短波束并且以20Hz(例如，每秒检测距UAV50-70米之间的物体20次)的频率发射长波束。由于短波束152可以检测更靠近UAV的物体，因此UAV可以以更高的频率(即，第一频率高于第二频率)发射短波束152。
雷达132、134、136、138、140、142中的每一个可以以多维方式(例如，沿着二个纬度)调整雷达波束的方向。例如，前雷达132不仅可以向上和向下调整雷达波束152的方向，而且还可以向UAV100的左侧和右侧调整雷达波束152的方向。因此，雷达132可以调整雷达波束152朝向锥形空间内的任何方向。根据本公开的示例性实施例，锥形空间的孔径可以高达180°。类似地，雷达132、134、136、138、140、142能够分别且单独地以上述二维方式调整短波束和长波束的方向。
因此，即使UAV 100处于线性或角运动中，雷达132、134、136、138、140、142也可以将它们各自的雷达波束基本上保持在朝向相应的预定方向上。
图4A至图4G示出了根据本公开实施例的在不同飞行姿态下朝向预定方向发射雷达波束的UAV 100。x-y-z坐标是惯性参考系。x’-y’-z’坐标是局部参考，其中y’轴总是指向UAV 100的前侧，z’轴总是指向UAV 100的上侧。仅是为了说明的目的，选择前雷达波束152作为UAV 100发射的雷达波束。本领域普通技术人员将理解，UAV 100还可以发射除前雷达波束152之外朝向预定方向的雷达波束。
图4A至图4D示出了需要UAV 100在不同姿态下沿x-y-z惯性参考系中的y轴方向水平发射雷达波束的场景。例如，当UAV 100在地面附近导航时，UAV 100可以这样做以避免从地面反射雷达波束。在图4A中，UAV 100在x-y-z惯性参考系中沿y轴方向水平地发射雷达波束152，同时悬停在空中。在图4B中，当UAV 100沿y轴以加速度a1向前加速时，它可以以角度θ1向前俯仰。因此，UAV 100可以以角度θ1自适应地向上调整雷达波束152相对于UAV 100的方向，使得雷达波束152在x-y-z惯性参考系中保持朝向y轴发射。在图4C中，当UAV 100沿y轴以加速度a2减速时，它可以以角度θ2向后俯仰。因此，UAV 100可以以角度θ2自适应地向下调整雷达波束152相对于UAV 100的方向，使得雷达波束152在x-y-z惯性参考系中保持朝向y轴方向发射。此外，在图4D中，当UAV 100操纵以避开障碍物时，它可以朝向左前方向a3加速。因此，它可以以角度θ3向前俯仰并且同时以角度γ3向左横滚。因此，UAV 100可以自适应地向上和向右调整雷达波束152相对于UAV 100的方向，使得雷达波束152在x-y-z惯性参考系中保持朝向y轴方向发射。
除了固定方向之外，UAV 100可以将雷达波束引导到根据姿态所需的任何优选方向。例如，在图4E中，UAV 100可以沿其移动方向(即，其速度方向)自适应地调整雷达波束152。当UAV 100沿复杂的导航路径R操纵时，其姿态可以是俯仰θ4、横滚γ4和偏航ρ4的组合。UAV 100可以确定其在惯性参考系x-y-z中的速度v的方向(例如，经由内部GPS系统和/或IMU 206)并且自适应地沿着速度v的方向引导雷达波束152。例如，UAV 100可以确定局部参考(即，相对参考坐标系)x’-y’-z’，并且坐标的原点位于UAV 100的固定点。然后，UAV100可以确定y’轴和速度v的方向之间的角度，并且沿该角度自适应地调整雷达波束152的方向，使得经调整的雷达波束152的方向基本上与速度v的方向对齐。
在图4F中，UAV 100可以自适应地调整雷达波束152以指向UAV 100将在预定的时间段Δt到达的点I。UAV 100可以基于UAV 100的最小反应时间(例如，数据处理速度)选择该预定时间段Δt。例如，如果UAV 100需要至少2秒操纵以绕过障碍物，则预定时间段Δt可以是等于或长于2秒的时间。因此，如果在UAV的导航路径上存在障碍物，则由于UAV 100可以在撞上障碍物之前不少于2秒的时间内检测到障碍物，因此UAV 100可以具有足够的时间来避开障碍物。根据UAV 100的最小反应速度，预定时间段Δt可以是1秒、2秒、5秒等，或者可以是任何其他合适的时间段。UAV 100可以基于其速度实时或接近实时地确定和/或估计导航路径R，并且相对于局部参考坐标系x’-y’-z’确定和/或估计位置I。然后，UAV 100可以相对于参考坐标系x’-y’-z’自适应并动态地调整雷达波束152朝向点I的位置的方向。
在图4G中，UAV可以自适应地朝向预定点O调整雷达波束152，其中点O是静止物体或移动物体。例如，在导航期间，UAV 100可以跟踪另一个移动或静止的物体，该物体由图4G中的点O表示。UAV 100可以相对于参考坐标系x’-y’-z’实时或接近实时地确定点O的相对位置和相对速度，然后朝向点O的位置自适应并动态地调整雷达波束152的方向。
根据本公开的实施例，在到达点I之前，UAV 100可以预测UAV 100在点I处的位置和朝向，并且预先调整雷达波束，使得雷达波束保持与y’轴对齐(如图4E所示)，或者保持指向给定物体(如图4G所示)。
如上所示，根据姿态，UAV 100可以以三维方式并且以不同的角度俯仰、横滚和偏航。因此，UAV 100的雷达可以以二维方式(例如，沿着两个正交轴)自适应地调整雷达波束方向，以便向预定方向发射雷达波束。姿态的变化还可以引起雷达波束沿发射方向的轴进行角运动。因此，UAV还可以以三维方式调整雷达波束以抵消角运动。
在一些实施例中，UAV 100的移动(例如，避开障碍物的操纵移动和/或雷达波束的方向)可以是自动的。例如，UAV可以沿预定导航路径导航。处理器202可以控制雷达波束朝向固定方向、空中或地面上的固定物体、或者空中或地面上的移动物体发射。终端还可以控制雷达波束被发射到UAV将在预定时间段到达的点。
UAV也可以由终端(未示出)控制。终端可以是远离UAV的遥控设备。终端可以放置在或固定在支撑平台上。备选地，终端可以是手持式或可穿戴式设备。例如，终端可以包括智能电话、平板电脑、膝上型电脑、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其合适的组合。终端可以包括诸如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器的用户接口。可以使用任何合适的用户输入来与终端进行交互，诸如手动输入的命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，通过终端的移动、位置或倾斜)。
终端可用于控制UAV 100的任何合适状态。例如，终端可用于控制UAV 100相对于固定参考系和/或彼此的位置和/或朝向。在一些实施例中，终端可用于控制UAV 100的各个元件，例如雷达波束的方向。例如，终端可以控制雷达波束朝向固定方向、空中或地面上的固定物体、或者空中或地面上的移动物体发射。终端还可以控制雷达波束被发射到UAV 100将在下一时刻到达的点。终端可以包括适于直接或通过处理器210与雷达系统210通信的无线通信设备。
终端可以包括用于观看UAV 100的信息的合适的显示单元。例如，终端可以被配置为显示UAV 100的关于位置、平移速度、平移加速度、朝向、角速度、角加速度或其任何合适的组合方面的信息。在一些实施例中，终端可以显示由搭载物提供的信息，例如由功能型搭载物提供的数据(例如，由相机或其他图像捕获设备记录的图像)。
图5示出了根据本公开实施例的在具有障碍物的环境中操纵的UAV 100。环境500可以是室外环境、室内环境或其组合。
在一些实施例中，环境500可以包括一个或多个障碍物504、506。障碍物可以包括可能阻碍UAV 100的移动的任何物体或实体。一些障碍物可以位于地面502上，例如建筑物、墙壁、屋顶、桥梁、建筑结构、地面载运工具(例如，汽车、摩托车、卡车、自行车)、人类、动物、植物(例如，树木、灌木丛)以及其他人造或天然的结构。一些障碍物可以与地面502、水、人造结构或天然结构接触和/或由地面502、水、人造结构或天然结构支撑。备选地，一些障碍物可以完全位于空中，例如飞行器(例如，飞机、直升机、热气球、其他UAV)或鸟。空中障碍物可以不通过地面502、水、或任何天然或人造的结构支撑。位于地面502上的障碍物可以包括基本上延伸到空中的部分(例如，诸如塔、摩天大楼、灯柱、无线电塔、电力线、树木等的较高结构)。本文描述的障碍物可以是基本上静止的(例如，建筑物、植物、结构)或基本上移动的(例如，人类、动物、载运工具或其他能够移动的物体)。一些障碍物可以包括静止和移动组件的组合(例如，风车)。移动障碍物或障碍物组件可以根据预定或可预测的路径或模式移动。例如，汽车的移动可以是相对可预测的(例如，根据道路的形状)。备选地，一些移动障碍物或障碍物组件可以沿随机或不可预测的轨迹移动。例如，诸如动物的生物可以以相对不可预测的方式移动。
为了在具有障碍物504、506的环境中导航，UAV 100可以打开其雷达中的一个或多个以检测其周围的障碍物。在一些实施例中，UAV 100可以打开前雷达132以沿着导航路径R发射至少一个Tx雷达波束，来检测和避开障碍物504、506。例如，当UAV 100位于点A时，它可以沿着直线和水平y方向以恒定速度导航，因此沿y方向发射Tx雷达波束，如图4A所示。UAV100可以使用短波束152来检测接近UAV 100的物体，使用长波束150来检测远离UAV 100的物体。长波束和短波束都可以分别具有用于检测其中出现的物体的有效范围。
另外，UAV 100还可以打开任何其他雷达以检测周围物体。例如，UAV可以打开后雷达134以检测其后部的地面上或空中的任何静止或移动的物体。UAV 100可以打开左雷达136以检测其左侧的地面上或空中的任何静止或移动的物体。UAV 100可以打开右雷达138以检测其右侧的地面上或空中的任何静止或移动的物体。UAV 100可以打开顶雷达140以检测其上方的空中的任何静止或移动的物体。UAV 100还可以打开底雷达142以检测其下方的任何静止或移动的物体。这些雷达被配置为实时或接近实时地检测其各自有效范围内的信息，例如物体的位置、速度和大小。此外，UAV 100可以调整雷达以向任何预定方向发射Tx波束。例如，处理器202可以引导雷达132、134、136、138、140、142以其最大孔径周期性地进行扫描，以便覆盖UAV 100周围的整个球形空间。
处理器202可以存储周围物体的信息。可以实时、接近实时或在稍后的时间存储信息。UAV 100可以将信息存储在本地存储介质204中，或者可以将信息无线发送到远程非暂时性存储介质。
UAV 100还可以监控其导航状态(速度、加速度、姿态等)并且在导航的同时实时或接近实时地将导航状态存储到存储介质。UAV 100可以使用嵌入其中的GPS系统接收其自身相对于x-y-z参考坐标和/或x’-y’-z’参考坐标的位置、朝向和速度信息(如图4A至4G所示)。UAV 100还可以通过从IMU 206实时接收UAV 100的线性加速度数据和姿态数据(例如，通过测量UAV 100的角速度)来确定其速度信息。例如，在点A处，UAV 100处于恒定速度，因此IMU 206可以检测到速度变化和姿态变化都处于零加速度；然而，在点B处，UAV 100正在减速，因此IMU 206可以检测到非零俯仰角和非零减速度值。
当UAV 100导航到位置B时，障碍物504可能进入雷达波束的有效检测范围。障碍物504可以反射Tx波束，随后Rx天线214可以接收经反射的Rx波束。基于接收到的Rx波束，UAV100的处理器202随后可以确定其距障碍物504的距离以及它向障碍物504移动的速度。接下来，基于UAV的速度，处理器202可以确定UAV 100将与障碍物504发生碰撞的时间间隔。基于时间间隔，处理器202可以确定它必须迅速和/或突然和/或平滑地操纵UAV 100以避开障碍物504。此后，处理器202可以操作UAV 100的推进机构相应地进行操纵。例如，处理器202可以引导UAV 100的旋转翼分别改变其旋转速度以调整导航姿态。例如，如果障碍物仍远离UAV 100或者导航速度足够低，则UAV 100仍具有足够的时间进行平滑地操纵来绕过障碍物504(例如，UAV需要5秒才会与障碍物504发生碰撞)，处理器202可以平滑地调整UAV 100以避开障碍物504。然而，如果障碍物504过于接近，或者导航速度过快，则UAV 100仅有有限的反应时间(例如，距离UAV 100与障碍物发生碰撞仅剩1秒)，处理器202可以迅速地操纵UAV100以避开障碍物504。如图5所示，在点B中，处理器202调整UAV向后俯仰以减速。为此，处理器202可以通过降低两个后旋转翼的功率(例如，降低旋转速度)并且增加两个前旋转翼的功率(例如，增加旋转速度)来使UAV 100减速。
由于UAV 100的头部由于减速而升高，处理器202可以自适应地调整雷达以保持水平地朝向障碍物504发射雷达波束。为此，处理器202可以接收从IMU 206检测到并发送的信号，并且确定UAV 100的当前姿态。处理器202可以以恒定的采样频率对来自IMU 206的信号进行采样。备选地，当检测到UAV 100的姿态时，处理器202可以根据来自IMU 206的信号改变采样频率。例如，当UAV 100需要检测UAV 100的姿态的微小变化时，处理器202可以提高采样频率；以及当检测UAV 100的姿态的微小变化的需求很低时，处理器可以降低采样频率。在另一示例中，当UAV 100平滑导航时，处理器202可以采用较低的频率对来自IMU 206的信号进行采样，并且当突然调整UAV的姿态时，可以提高来自IMU 206的采样频率。处理器202调整姿态的速度越快，它可以对来自IMU 206的信号进行采样的频率越高。
利用来自IMU 206的姿态信号的实时采样，处理器202可以实时或接近实时地确定UAV 100的俯仰角，然后动态并自适应地向下调整雷达波束的角度以保持Tx雷达波束沿x方向水平向前，如图4C所示。
处理器202还可以确定使UAV横滚或偏航以避开障碍物504。例如，在点C处，通过降低两个左旋转翼的功率(例如，降低旋转速度)并且增加两个右旋转翼的功率(例如，增加旋转速度)来使UAV 100向左横滚。偏航或者俯仰和偏航的组合可以使导航路径R沿着x方向偏离原始直线，并且Tx雷达信号也可以偏离原始方向。因此，处理器202可以自适应地调整雷达以基本上校正偏差并且保持朝向预定方向(例如，原始方向)发射Tx雷达波束。
例如，预定方向可以是UAV 100的速度方向，即，预定方向可以是UAV 100导航的路径R的实际方向。为此，处理器202可以从IMU 206接收信号并且确定UAV 100的当前姿态和/或加速度。利用来自IMU 206的姿态信号的实时采样，处理器202可以实时或接近实时地确定UAV 100的速度以及相对于速度方向的姿态(即，俯仰角、横滚角和偏航角)。然后，处理器202可以动态并自适应地调整Tx雷达波束的角度，以使Tx雷达波束朝向速度方向转动，如图4E所示。类似地，处理器202还可以引导Tx雷达波束朝向固定方向，例如如图4D中所示的水平x方向。
在导航时，UAV 100还可以打开其他雷达134、136、138、140、142以沿导航路径R检测和记录周围物体，或者引导其雷达132、134、136、138、140、142中的一个或多个朝向预定方向(例如，如图4A至图4D所示)、或者惯性参考系x-y-z中的静止或移动物体(如图4G所示)。
因此，UAV 100能够实时或接近实时地检测出现在其导航路径R中的一个或多个障碍物，然后操纵以避开检测到的一个或多个障碍物。例如，在点C处向左转以避开障碍物504之后，UAV 100可以检测到在其导航路径R前方随后出现了障碍物506。作为响应，UAV 100可以在点D处继续操纵以绕开障碍物506，进一步避开障碍物506。
图6示出了根据图1至图5G所示的实施例的用于无人可移动平台在导航期间检测和避开障碍物的方法。该方法可以实现在无人可移动平台中，例如UAV 100、无人水面舰艇、无人潜艇、无人地面载运工具、无人气垫船或其组合。出于说明的目的，UAV 100用作该方法中的示例无人可移动平台。
UAV 100可以包括至少一个雷达、至少一个传感器(例如，IMU 206)、至少一个非暂时和/或暂时存储介质以及至少一个处理器。至少一个雷达可以被配置为通过发出Tx雷达信号并接收从物体反射的Rx雷达信号来检测物体。至少一个传感器(例如IMU 206)可以被配置为检测与UAV 100相关联的加速度。例如，IMU 206可以检测UAV 100的线性加速度或姿态变化。该方法可以实现为存储在存储介质(例如，EPROM、EEPROM、ROM、RAM等)中的指令集。处理器202可以访问存储介质，并且当执行指令集时，可以指示处理器202执行以下处理和/或步骤。
602：发射Tx雷达信号以检测物体。
例如，当UAV处于普通导航下时，其前雷达可以沿导航路径向前方发射雷达波束，以检测出现在其有效范围内的任何物体，如图5中的点A所示。
为此，雷达可以以第一频率周期性地发射第一雷达波束，并且以低于第一频率的第二频率周期性地发射第二雷达波束。如上所述，第一雷达波束可以是短波束，以扫描更宽范围的区域。如上所述，第二雷达波束可以是长波束，以检测更远的物体。
此外，由于UAV 100可以包括多个雷达，因此它可以打开其他雷达以在导航的同时实时或接近实时地检测UAV周围的周围物体的信息。周围物体的信息可以包括这些物体的位置、形状、速度等。然后，UAV 100可以实时、接近实时或在稍后的时间将信息存储在本地存储介质和/或远程存储介质中。
604：基于从Tx雷达信号反射的被反射的雷达信号(例如，Rx雷达信号)确定UAV正朝向障碍物移动。
例如，当图5中的障碍物504出现在雷达的有效范围内时，UAV 100可以接收到Rx雷达信号。UAV 100可基于其当前导航路径和/或轨迹确定障碍物504的位置、UAV 100距障碍物504的距离以及障碍物504朝向UAV 100移动的速度。
606：操纵UAV以避免碰撞障碍物。
例如，基于障碍物504的距离以及UAV 100与障碍物504之间的相对速度，UAV 100可以确定要调整的目标导航状态以便避开障碍物504。例如，UAV 100可以确定目标姿态、目标移动和/或目标加速度(即，它可能需要多么平滑和/或迅速地移动)以避开障碍物504。目标姿态可以包括UAV可以在其导航的下一时刻进行调整的目标横滚角(即，朝向一侧加速)、目标俯仰角(即，线性加速度)、目标偏航角(即，UAV朝向某个方向)或其组合。然后，UAV 100可以将其姿态调整到目标姿态以实现所需的移动来避开物体。实际上，UAV的姿态调整可能受到风等各种因素的干扰。因此，UAV 100可以使用IMU提供其姿态状态的实时反馈，以确保准确的调整。例如，IMU的加速度计可以x’，y’，z’轴实时或接近实时地测量UAV的线性加速度，并且向UAV 100的处理器反馈测量到的数据。类似地，IMU的陀螺仪可以实时或接近实时地测量UAV 100的角度和/或角速度(横滚、偏航、俯仰)，并且向UAV 100的处理器反馈测量到的数据。因此，UAV 100可以通过集成来自IMU的反馈数据实时或接近实时地确定其移动和/或加速度等，并且使用反馈来确保其实现所需的姿态(例如，移动、速度、加速度等)。
608：检测与UAV相关联的移动，并且根据该移动自适应地将雷达信号调整到预定方向。
可以通过UAV 100上的传感器(例如，GPS系统、IMU、视觉传感器等)测量移动。例如，IMU 206可以测量UAV 100的实际导航状态(例如，移动、姿态和/或加速度)并且向UAV100的处理器发送测量到的数据。基于测量到的数据，并且在调整过程中，UAV 100可以实时或接近实时地确定发送Tx雷达信号的方向。例如，为了沿UAV 100的速度方向发射Tx雷达信号(如图4E所示)，UAV 100可以使用其加速度确定其实际速度和实际姿态，并且实时或接近实时地相应调整Tx雷达信号相对于参考坐标x’-y’-z’的方向。备选地，UAV 100可以向UAV100将在预定时间到达的点发射Tx雷达信号，如图4F所示。因为Tx雷达信号可以具有宽度(或发散角)，从而覆盖一定宽度的区域(而非直线)，所以这两种布置都可以检测到可能出现在UAV 100将在预定时间经过的路径上的其他障碍物。
此外，UAV 100还可以使用其他雷达发射雷达信号以恒定地指向固定物体或移动物体、和/或预定的固定方向，如图4A至图4E所示。
只要UAV 100保持操纵状态，UAV 100就可以实时或接近实时地检测与UAV 100的线性速度和姿态相关联的加速度值，并且自适应地调整Tx雷达信号，使得Tx雷达信号基本上保持预定的方向。另外，UAV 100还可以自适应地调整与Tx雷达波束的变化相对应的Rx天线的方向，以最大化Rx雷达信号的接收。如上所述，姿态的变化可以包括沿x、y和/或z方向的线性加速度中的两个或更多个、和/或包括俯仰、横滚和/或偏航运动。因此，调整可以是二维方式，如图4A至图4G和图5中所示。
图7是根据本公开实施例的UAV 100的处理器202的框图。处理器202可以包括移动检测模块710、姿态调整模块720、雷达控制模块730和障碍物检测模块740。处理器202的模块可以被配置为执行图6中介绍的方法。
根据本公开的实施例，雷达控制模块730可以被配置为控制UAV 100的雷达向任何预定方向发射雷达波束。
例如，当UAV 100处于普通导航下时，雷达控制模块可以控制前雷达沿着导航路径向前方发射雷达波束，以检测出现在其有效范围内的任何物体，如图5中的点A所示。
为此，雷达控制模块730可以控制雷达以第一频率周期性地发射第一雷达波束，并且以低于第一频率的第二频率周期性地发射第二雷达波束。
由于UAV 100可以包括多个雷达，因此雷达控制模块730还可以打开其他雷达以在导航的同时实时或接近实时地检测UAV周围的周围物体的信息。周围物体的信息可以包括这些物体的位置、形状、速度等。然后，UAV 100可以实时、接近实时或在稍后的时间将信息存储在本地存储介质和/或远程存储介质中。
障碍物检测模块740可以被配置为检测出现在UAV雷达的有效范围内的障碍物。移动检测模块710可以被配置为检测UAV 100的移动和雷达控制模块检测到的物体的移动。根据本公开的实施例，障碍物检测模块740可以检测UAV 100导航路径上的障碍物504，然后移动检测模块710可以基于Rx雷达信号确定UAV 100正朝向障碍物移动。然后，移动检测模块710可以确定障碍物的距离和UAV 100正朝向障碍物移动的速度。
姿态调节模块720可以被配置为操纵UAV达到加速度来避免与障碍物发生碰撞。例如，基于来自移动检测模块710的距离和速度信息，姿态调节模块720可以确定姿势以及它可能需要如何平滑和/或迅速地调整到姿态，以便获得必要的加速度来避免障碍物504。然后，姿态调整模块720可以调整其姿态以实现所需的加速度。
雷达控制模块730可以根据加速度朝向预定方向发射Tx雷达信号。移动检测模块710可以测量加速度并且将加速度值发送到雷达控制模块730。基于加速度值，雷达控制模块730可以确定发射Tx雷达信号的方向。例如，雷达控制模块730可以沿着UAV 100的速度方向发射Tx雷达信号，如图4E所示。备选地，雷达控制模块730可以向UAV 100将在预定时间到达的点发射Tx雷达信号，如图4F所示。
此外，雷达控制模块730还可以打开UAV 100的其他雷达发射雷达信号以恒定地指向固定物体或移动物体、和/或预定的固定方向，如图4A至图4E所示。
移动检测模块710可以保持实时检测与UAV相关联的加速度，并且雷达控制模块730可以根据加速度自适应地调整雷达信号以维持预定方向。
已经对基本概念进行了描述，因此在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明显地理解，前述详细公开内容仅意在通过示例的方式而不是限制性地进行呈现。可以进行各种改变、改进和修改，并且本领域技术人员有意图进行这些改变、改进和修改，尽管本文没有明确说明。例如，本公开的方法中的步骤可以不必完全在所描述的顺序下操作。这些步骤也可以部分操作，和/或在本领域普通技术人员合理预期的其他组合情况下操作。这些改变、改进和修改旨在由本公开进行建议，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
此外，某些术语已被用于描述本公开的实施例。例如，术语“一个实施例”、“实施例”和/或“一些实施例”表示结合本公开的实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因此，应强调并且应理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”、“一个实施例”或“备选实施例”的两个或更多个引用不一定都指相同的实施例。此外，可以在本公开的一个或多个实施例中合适地组合特定特征、结构或特性。
此外，本领域技术人员将理解，本公开的方面可以在许多可获得专利的类别或上下文中的任一个中示出和描述，可获得专利的类别或上下文包括任何新的和有用的过程、机器、制造或物质组成、或者其任何新的和有用的改进。因此，本公开的各方面可以通过完全硬件、完全软件(包括固件、驻留软件、微代码等)、或结合软件和硬件实现方式来实现，它们都可在本文被统称为“块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本公开的各方面可以采用在一个或多个计算机可读介质中包含的计算机程序产品的形式，一个或多个计算机可读介质具有包含于其上的计算机可读程序代码。
计算机可读信号介质可以包括其中包含计算机可读程序代码的传播数据信号，例如在基带中或者作为载波的一部分。这种传播信号可以采用多种形式中的任何形式，包括电磁、光学等或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，其可以传信、传播或发送由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备相关的程序。计算机可读信号介质上包含的程序代码可以使用任何合适的介质传输，包括无线、有线、光纤电缆、RF等、或者前述的任何合适的组合。
用于执行本公开的各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合进行编写，包括面向对象的编程语言(例如，Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等)、传统的过程编程语言(例如，“C”编程语言、Visual Basic、Fortran 1703、Perl、COBOL 1702、PHP、ABAP)、动态编程语言(例如，Python、Ruby和Groovy)或其他编程语言。程序代码可以完全在用户的计算机上执行，部分在用户的计算机上执行，作为独立软件包来执行，部分在用户计算机上且部分在远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以连接外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)，或者可以处于云计算环境或提供为诸如软件即服务(SaaS)的服务中。
此外，所引用的处理元件或序列的顺序，或者数字、字母或其他名称的使用并不旨在将要求保护的过程和方法限制为任何顺序，除非可以在权利要求中指定。尽管上面的公开内容通过各种示例讨论了当前被认为是本公开的各种有用实施例的内容，但是应当理解，这种细节仅用于该目的，并且所附权利要求不限于所公开的实施例，相反，旨在覆盖在所公开的实施例的精神和范围内的修改和等同布置。例如，尽管上述各种组件的实现可以体现在硬件设备中，但是它也可以实现为仅软件解决的方案-例如，安装在现有服务器或移动设备上。
类似地，应当理解，在本公开的实施例的前述描述中，为了简化本公开的目的，有时将各种特征组合在一个单独的实施例、附图或描述中，以帮助理解各种实施例中的一个或多个。然而，这种公开方式不应被解释为反映了要求保护的主题需要比每一个权利要求中明确记载的特征更多特征的意图。相反，要求保护的主题可以具有少于单个前述公开实施例的所有特征。

Claims (32)

1.一种无人可移动平台UMP，包括：
至少一个传感器，被配置为检测与所述UMP相关联的移动；
至少一个雷达，被配置为发射雷达信号；以及
至少一个处理器，被配置为：
从所述至少一个传感器接收与所述移动相关联的传感器信号；以及
引导所述至少一个雷达至少部分地基于所述传感器信号来调整所述雷达信号的波束方向。
2.根据权利要求1所述的UMP，其中，所述UMP被配置为执行空中导航、地表水导航、水下导航或地面导航中的至少一个；以及
沿至少两个正交轴调整所述雷达信号的所述波束方向。
3.根据权利要求1所述的UMP，其中，所述至少一个雷达还被配置为检测反射所述雷达信号的物体；以及
所述至少一个处理器还被配置为：
基于所述物体反射的所述雷达信号来确定所述UMP正在朝所述物体移动；以及
操纵所述UMP以避免碰撞所述物体。
4.根据权利要求3所述的UMP，还包括具有多个螺旋桨的推进系统，
其中，为了操纵所述UMP以避免碰撞所述物体，所述至少一个处理器还被配置为引导所述推进系统驱动所述多个螺旋桨以将所述UMP的姿态改变为预定姿态。
5.根据权利要求4所述的UMP，其中，所述推进系统还包括连接到所述多个螺旋桨的多个旋翼；以及
连接到所述处理器并被配置为控制所述多个旋翼的旋转速度的电子速度控制器。
6.根据权利要求1所述的UMP，其中，所述UMP的所述移动使所述雷达波束的所述方向偏离预定方向，以及
其中，调整雷达信号的所述方向以基本上校正所述偏离。
7.根据权利要求6所述的UMP，其中，所述预定方向是水平方向。
8.根据权利要求6所述的UMP，其中，所述预定方向是所述UMP的移动方向。
9.根据权利要求6所述的UMP，其中，所述预定方向指向固定物体或移动物体。
10.根据权利要求6所述的UMP，其中，所述方向指向所述UMP将在预定时间之后到达的位置。
11.根据权利要求1所述的UMP，其中，至少部分地基于所述传感器信号确定所述偏离。
12.根据权利要求1所述的UMP，其中，所述雷达信号是具有1mm和20mm之间波长的微波。
13.根据权利要求1所述的UMP，其中，所述方向包括预定的固定方向。
14.根据权利要求1所述的UMP，其中，所述至少一个雷达包括以下至少一项：
所述UMP前侧的雷达；
所述UMP后侧的雷达；
所述UMP左侧的雷达；
所述UMP右侧的雷达；
所述UMP顶侧的雷达；或者
所述UMP底侧的雷达。
15.根据权利要求11所述的UMP，还包括至少一个存储介质，
其中，所述至少一个雷达被配置为实时地检测所述UMP周围的多个周围物体的位置，以及
所述至少一个处理器还被配置为将所述位置实时地存储到存储介质中。
16.根据权利要求1所述的UMP，其中，所述至少一个雷达还被配置为发射：
包括第一检测范围和第一波束宽度的第一雷达波束；以及
包括第二检测范围和第二波束宽度的第二雷达波束，所述第二检测范围比所述第一检测范围长，所述第二波束宽度比所述第一波束宽度窄。
17.根据权利要求16所述的UMP，其中，所述雷达以第一频率周期性地发射所述第一雷达波束；以及
以第二频率周期性地发射所述第二雷达波束，所述第二频率低于所述第一频率。
18.一种用于在导航期间在无人可移动平台上调整雷达信号方向的方法，包括：
发射雷达信号(Tx雷达信号)；
检测与无人可移动平台(UMP)相关联的移动；以及
根据所述移动，调整所述雷达信号的波束方向。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述UMP被配置为执行空中导航、地表水导航、水下导航或地面导航中的至少一个；以及
沿至少两个正交轴调整所述雷达信号。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括：
基于Tx雷达信号的被反射的雷达信号，确定所述UMP正在朝物体移动；以及
操纵所述UMP以避免碰撞所述物体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，操纵所述UMP以避免碰撞所述物体包括：将所述UMP的姿态改变为预定姿态。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述UMP的所述移动使所述雷达波束的所述方向偏离预定方向，以及
其中，调整雷达信号的所述方向以基本上校正所述偏离。
23.根据权利要求22所述的UMP，其中，所述预定方向是水平方向。
24.根据权利要求22所述的UMP，其中，所述预定方向是所述UMP的移动方向。
25.根据权利要求22所述的UMP，其中，所述预定方向指向固定物体或移动物体。
26.根据权利要求22所述的UMP，其中，所述方向指向所述UMP将在预定时间之后到达的位置。
27.根据权利要求18所述的方法，其中，所述预定方向指向所述UMP的移动方向。
28.根据权利要求18所述的方法，其中，所述预定方向恒定指向固定物体或移动物体。
29.根据权利要求18所述的方法，其中，所述预定方向指向所述UMP将在预定时间到达的位置。
30.根据权利要求18所述的方法，其中，所述预定方向包括预定的固定方向。
31.根据权利要求18所述的方法，还包括：
实时地检测所述UMP周围的多个周围物体的位置；以及
将所述位置实时地存储到存储介质中。
32.根据权利要求18所述的方法，其中，所述波束包括第一雷达波束和第二雷达波束，以及
所述方法还包括：
以第一频率周期性地发射所述第一雷达波束；以及
以第二频率周期性地发射所述第二雷达波束，所述第二频率低于所述第一频率。
其中，所述第一雷达波束包括第一检测范围和第一波束宽度，所述第二雷达波束包括第二检测范围和第二波束宽度，所述第二检测范围比所述第一检测范围长，所述第二波束宽度比所述第一波束宽度窄。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110879397A (zh) * 2019-11-29 2020-03-13 安徽江淮汽车集团股份有限公司 障碍物识别方法、设备、存储介质及装置
CN111220989A (zh) * 2020-01-17 2020-06-02 铁将军汽车电子股份有限公司 障碍物检测方法及设备
CN112634487A (zh) * 2019-09-24 2021-04-09 北京百度网讯科技有限公司 用于输出信息的方法和装置
TWI734648B (zh) * 2020-11-23 2021-07-21 財團法人工業技術研究院 雷達校正系統和方法
WO2022077829A1 (en) * 2020-10-12 2022-04-21 SZ DJI Technology Co., Ltd. Large scope point cloud data generation and optimization
WO2023155195A1 (zh) * 2022-02-21 2023-08-24 深圳市大疆创新科技有限公司 一种障碍物的探测方法、装置、可移动平台及程序产品

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD814970S1 (en) 2016-02-22 2018-04-10 SZ DJI Technology Co., Ltd. Aerial vehicle
WO2018182524A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Agency For Science, Technology And Research Real time robust localization via visual inertial odometry
CN111344590B (zh) * 2018-01-30 2024-05-24 古野电气株式会社 雷达天线装置以及方位测定方法
US11879958B2 (en) * 2018-06-06 2024-01-23 Honeywell International Inc. System and method for using an industrial manipulator for atmospheric characterization lidar optics positioning
US11741843B2 (en) * 2020-04-03 2023-08-29 The Boeing Company Systems and methods of radar surveillance on-board an autonomous or remotely piloted aircraft
CN113126088B (zh) * 2021-03-13 2022-06-10 中铁十二局集团有限公司 一种隧道检测机器人及隧道检测方法
US11999380B1 (en) * 2021-12-17 2024-06-04 Zoox, Inc. Autonomous vehicle trajectory generation and optimization
CN115339629B (zh) * 2022-09-01 2023-06-23 扬州宇安电子科技有限公司 根据周围环境变化自动调整姿态的天线扫描周期测量装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070087695A1 (en) * 2005-10-17 2007-04-19 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Mobile directional antenna
CN101109809A (zh) * 2007-08-17 2008-01-23 张铁军 一种基于向控感光阵列的定位装置、系统和方法
US7741991B1 (en) * 1987-06-26 2010-06-22 Mbda Uk Limited Radar tracking system
US20120044105A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Lockheed Martin Corporation High-resolution radar map for multi-function phased array radar
CN103224026A (zh) * 2012-12-05 2013-07-31 福建省电力有限公司 一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及其工作流程
CN105549616A (zh) * 2016-01-05 2016-05-04 深圳市易飞行科技有限公司 一种基于激光阵列的多轴无人机避障系统及其避障方法
CN105866746A (zh) * 2016-04-01 2016-08-17 芜湖航飞科技股份有限公司 一种数字相控阵中fmcw体制t/r单元的应用
CN106257303A (zh) * 2015-06-16 2016-12-28 启碁科技股份有限公司 雷达及切换致能阵列天线的方法
CN106272562A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 贺宜 一种机器视觉和机器人的配合方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204210A (en) * 1972-09-15 1980-05-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Synthetic array radar command air launched missile system
US4589610A (en) * 1983-11-08 1986-05-20 Westinghouse Electric Corp. Guided missile subsystem
US5654715A (en) * 1995-12-15 1997-08-05 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Vehicle-surroundings monitoring apparatus
US6653970B1 (en) * 2002-11-12 2003-11-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Multi-static UAV radar system for mode-adaptive propagation channels with obscured targets
US7333046B2 (en) * 2005-12-15 2008-02-19 The Mitre Corporation System and method for monitoring targets
AT507035B1 (de) * 2008-07-15 2020-07-15 Airbus Defence & Space Gmbh System und verfahren zur kollisionsvermeidung
DE202013012545U1 (de) * 2012-11-15 2017-07-03 SZ DJI Technology Co., Ltd. Unbemanntes Luftfahrzeug mit mehreren Rotoren
US9070289B2 (en) * 2013-05-10 2015-06-30 Palo Alto Research Incorporated System and method for detecting, tracking and estimating the speed of vehicles from a mobile platform
JPWO2015122095A1 (ja) * 2014-02-13 2017-03-30 コニカミノルタ株式会社 ミラーユニット、測距装置及びレーザレーダ、並びにこれらを有する移動体及び固定物
CN106325267A (zh) * 2015-06-26 2017-01-11 北京卫星环境工程研究所 具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车
US10019907B2 (en) * 2015-09-11 2018-07-10 Qualcomm Incorporated Unmanned aerial vehicle obstacle detection and avoidance
US9594381B1 (en) * 2015-09-24 2017-03-14 Kespry, Inc. Enhanced distance detection system
US9711851B1 (en) * 2016-02-04 2017-07-18 Proxy Technologies, Inc. Unmanned vehicle, system and method for transmitting signals
US10509121B2 (en) * 2016-03-04 2019-12-17 Uatc, Llc Dynamic range setting for vehicular radars
CN105892489B (zh) * 2016-05-24 2019-09-10 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种基于多传感器融合的自主避障无人机系统及控制方法
CN105911560A (zh) * 2016-06-30 2016-08-31 西安深穹光电科技有限公司 无人机避障激光雷达装置及其避障方法
CN205844895U (zh) * 2016-07-01 2016-12-28 湖北文理学院 一种自动驾驶电动观光车避障系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7741991B1 (en) * 1987-06-26 2010-06-22 Mbda Uk Limited Radar tracking system
US20070087695A1 (en) * 2005-10-17 2007-04-19 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Mobile directional antenna
CN101109809A (zh) * 2007-08-17 2008-01-23 张铁军 一种基于向控感光阵列的定位装置、系统和方法
US20120044105A1 (en) * 2010-08-20 2012-02-23 Lockheed Martin Corporation High-resolution radar map for multi-function phased array radar
CN103224026A (zh) * 2012-12-05 2013-07-31 福建省电力有限公司 一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及其工作流程
CN106257303A (zh) * 2015-06-16 2016-12-28 启碁科技股份有限公司 雷达及切换致能阵列天线的方法
CN105549616A (zh) * 2016-01-05 2016-05-04 深圳市易飞行科技有限公司 一种基于激光阵列的多轴无人机避障系统及其避障方法
CN105866746A (zh) * 2016-04-01 2016-08-17 芜湖航飞科技股份有限公司 一种数字相控阵中fmcw体制t/r单元的应用
CN106272562A (zh) * 2016-08-31 2017-01-04 贺宜 一种机器视觉和机器人的配合方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112634487A (zh) * 2019-09-24 2021-04-09 北京百度网讯科技有限公司 用于输出信息的方法和装置
CN110879397A (zh) * 2019-11-29 2020-03-13 安徽江淮汽车集团股份有限公司 障碍物识别方法、设备、存储介质及装置
CN111220989A (zh) * 2020-01-17 2020-06-02 铁将军汽车电子股份有限公司 障碍物检测方法及设备
WO2022077829A1 (en) * 2020-10-12 2022-04-21 SZ DJI Technology Co., Ltd. Large scope point cloud data generation and optimization
TWI734648B (zh) * 2020-11-23 2021-07-21 財團法人工業技術研究院 雷達校正系統和方法
WO2023155195A1 (zh) * 2022-02-21 2023-08-24 深圳市大疆创新科技有限公司 一种障碍物的探测方法、装置、可移动平台及程序产品

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