CN215922577U - 多旋翼无人机搭载的sar装置及多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多旋翼无人机搭载的SAR装置及多旋翼无人机，包括：基板；设置在基板上的雷达主机、二轴稳向云台和供电部件；以及用于将基板固定在多旋翼无人机A上的固定板；其中，二轴稳向云台，用于根据多旋翼无人机或/和SAR装置的当前姿态，控制二轴稳向云台的俯仰调节量和横滚调节量。不仅优化了SAR装置的整体结构，还确保了天线波束在航向维、俯仰维、横滚维的三维稳定性。

Description

多旋翼无人机搭载的SAR装置及多旋翼无人机

技术领域

本发明涉及机载雷达领域，特别是涉及一种多旋翼无人机搭载的SAR装置及多旋翼无人机。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)具有全天候、全天时工作能力，尤其是微型SAR具有体积小、重量轻、功耗低、成本较为低廉、且成像分辨率高等特点；多旋翼无人机操作使用便利、成本低廉等特点；将微型SAR搭载于多旋翼无人机，可广泛应用于警戒侦察、地形测绘、应急救援等领域。

SAR搭载于多旋翼无人机的工作原理是：在多旋翼无人机匀速直线飞行时，雷达侧视向地面发射/接收大带宽电磁波信号，采用合成孔径技术，实现对地高分辨二维成像，以用于警戒侦察、地形测绘、应急救援等。但是，多旋翼无人机在实际飞行过程中，受气象因素影响很大，机身在航向、俯仰和横滚三维姿态会出现较大扰动，导致所搭载的SAR天线波束指向不稳，严重影响SAR成像性能甚至无法成像。

为了提高SAR成像质量，一般须采用具有航向、俯仰和横滚三维稳向能力的三轴云台实现SAR天线波束指向稳定。但是，由于SAR天线尺寸相对较大，造成三维云台尺寸大、重量重、功耗高、结构复杂；更重要的是，三维云台需实时获知飞机航向与设计航线的夹角，从而使得多旋翼无人机与雷达接口关系复杂。

因此，如何优化SAR搭载于多旋翼无人机的整体结构，降低其尺寸、重量、功耗、成本和控制复杂度，达到其天线波束指向稳定的要求，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多旋翼无人机搭载的SAR装置，包括：基板10；设置在所述基板10上的雷达主机20、二轴稳向云台30和供电部件40；以及用于将所述基板10固定在所述多旋翼无人机A上的固定板50；

所述二轴稳向云台30，用于根据所述多旋翼无人机A或/和所述SAR装置 B的当前姿态，控制所述二轴稳向云台30的俯仰调节量和横滚调节量。

进一步地，所述二轴稳向云台30，包括：

传感单元31，用于检测所述多旋翼无人机A或/和所述SAR装置B的当前姿态；

处理单元32，与所述传感单元31连接，用于接收所述多旋翼无人机A或/ 和所述SAR装置B的当前姿态，以计算所述二轴稳向云台30的俯仰调节量和横滚调节量；

执行单元33，与所述处理单元32连接，用于接收所述俯仰调节量和横滚调节量，以控制所述二轴稳向云台30。

进一步地，所述二轴稳向云台30设置在所述基板10的中部；所述雷达主机20和所述供电部件40，设置在所述二轴稳向云台30的两侧。

进一步地，所述雷达主机20和所述供电部件40，相对于所述二轴稳向云台 30，设置为处于力学平衡状态。

进一步地，所述基板10，采用碳纤维材质。

进一步地，所述雷达主机20、所述二轴稳向云台30和所述供电部件40，采用螺栓、螺杆、铰接、焊接的任意一种或多种方式，设置在所述基板10上。

进一步地，所述固定板50为快装板，以与所述多旋翼无人机A的快装件连接，将所述基板10固定在所述多旋翼无人机A上。

进一步地，所述俯仰调节量的调节范围为-20°～20°，或/和所述横滚调节量的调节范围为10°～90°。

进一步地，所述多旋翼无人机，采用双GNSS天线测量飞机机身与航线的夹角。

另一方面，本实用新型还提供一种多旋翼无人机，包括上述任意的SAR装置。

本实用新型提供的多旋翼无人机搭载的SAR装置及多旋翼无人机，打破传统规则，将通过三维稳向云台控制雷达波束置换为通过二轴稳向云台控制雷达波束。在飞行平台(多旋翼无人机A)内部飞行控制系统对机身进行实时控制和调整、改变航向时，通过实时监测多旋翼无人机A或/和雷达装置本身的当前姿态，使雷达装置追随多旋翼无人机A的航向改变，实现天线波束在航向维的调整，保持航向维的稳定性，尤其是多旋翼无人机采用双GNSS天线等导航系统时，实时获取飞机航向与设计航线之间的夹角，并通过内部飞控系统实时控制和调整机身，确保飞机航向与设计航线保持一致，保持航向维的稳定性；并通过二轴稳向云台30实现天线波束在俯仰维和横滚维的调节，保持俯仰维和横滚维的稳定性；最终实现天线波束在航向维、俯仰维、横滚维的三维稳定。

附图说明

图1为本实用新型多旋翼无人机搭载SAR装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型多旋翼无人机搭载的SAR装置的一个实施例的结构示意图；

图3为本实用新型多旋翼无人机搭载的SAR装置的二轴稳向云台的一个实施例的框架示意图；

图4为本实用新型多旋翼无人机搭载的SAR装置的一个实施例的工作示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型提供了一种多旋翼无人机A搭载的SAR装置B，包括：基板10；设置在基板10上的雷达主机20、二轴稳向云台30和供电部件 40；以及用于将基板10固定在多旋翼无人机A上的固定板50；

二轴稳向云台30，用于根据多旋翼无人机A或/和SAR装置B的当前姿态，控制二轴稳向云台30的俯仰调节量和横滚调节量。

具体的，基板10的形状、尺寸、材质可由本领域技术人员根据自身载重要求、雷达装置大小等实际需要而任意设定，可选但不仅限于为采用碳纤维材质制成的长方形薄板。同样的，雷达主机20、二轴稳向云台30和供电部件40的厂家、型号、类别等可由本领域技术人员根据应用领域、精确度等实际需求而任意选定。示例的，雷达主机20，可选但不仅限于为微型SAR。二轴稳向云台 30，可选但不仅限于为采用力矩电机直接驱动的云台，在俯仰维采用水平自稳技术维稳，在横滚维采用高速/低速双环路闭环控制技术维稳。供电部件40，可选但不仅限于为电池。

在该实施例中，本实用新型打破传统规则，将通过三维稳向云台控制雷达波束置换为通过二轴稳向云台控制雷达波束。在飞行平台(多旋翼无人机A) 内部飞行控制系统对机身进行实时控制和调整、改变航向时，通过实时监测多旋翼无人机A或/和雷达装置本身的当前姿态，使雷达装置追随多旋翼无人机A 的航向改变，实现天线波束在航向维的调整，保持航向维的稳定性，并通过二轴稳向云台30实现天线波束在俯仰维和横滚维的调节，保持俯仰维和横滚维的稳定性；最终实现天线波束在航向维、俯仰维、横滚维的三维稳定。

相对于传统方式，(1、将雷达装置直接安装于飞行平台，将导致SAR天线波束指向不稳，严重影响成像性能甚至无法成像，无法完成既定工作任务；2、将SAR通过三维稳向云台安装于飞行平台，会因三维稳向云台尺寸大、重量重、功耗高、结构复杂等特点，而导致SAR整体存在尺寸大、重量重、功耗高、结构复杂等缺点，特别是三维稳向云台需实时获知飞行平台的航向与设计航线的夹角，而导致飞行平台与雷达装置间不论是接口和控制都更加复杂)，该采用二轴稳向云台30的方式，大大降低了SAR装置本身的重量、尺寸、造价和复杂程度，更重要的是只需要对俯仰维和横滚维进行二维控制，能够很大程度上降低控制难度和成本、提高控制精度，进一步提高天线波束的稳定性和实际成像效果，为完成既定任务奠定坚实基础。

优选的，如图3所示，二轴稳向云台30，包括：传感单元31，用于检测多旋翼无人机A或/和SAR装置B的当前姿态；处理单元32，与传感单元31连接，用于接收多旋翼无人机A或SAR装置B的当前姿态，以计算二轴稳向云台30 的俯仰调节量和横滚调节量；执行单元33，与处理单元32连接，用于接收俯仰调节量和横滚调节量，以控制二轴稳向云台30。

具体的，传感单元31，可选但不仅限于为水平仪和陀螺仪，以检测多旋翼无人机A或/和SAR装置的当前姿态，可选但不仅限于当前俯仰角度和横滚角度；处理单元32，可选但不仅限于为单片机等具备计算能力的控制芯片，以根据检测到的当前姿态，计算俯仰调节量和横滚调节量；执行单元33，可选但不仅限于以力矩电机直接驱动的机械臂，可由机械领域技术人员根据调节角度的范围要求相应设置机械臂的尺寸结构以及电机功率，在此不再赘述。

更为优选的，二轴稳向云台30，可选但不仅限于设置在基板10的中部；雷达主机20和供电部件40，可选但不仅限于设置在二轴稳向云台30的两侧。更为优选的，雷达主机20和供电部件40，可选但不仅限于相对于二轴稳向云台 30，设置为处于力学平衡状态。以类杠杆原理为例，雷达主机20的重心与二轴稳向云台30的重心的距离D₁、供电部件40的重心与二轴稳向云台30的重心的距离D₂与雷达主机20的质量K₁、供电部件40的质量K₂成反比，以达到力学上的平衡，使得雷达装置整体的质心位于中部，方便其通过固定板50安装于多旋翼无人机A时，保持稳定和平衡，进一步提高其天线波束的稳定性和成像效果。

更为优选的，雷达主机20、二轴稳向云台30和供电部件40，可选但不仅限于采用螺栓、螺杆、铰接、焊接的任意一种或多种方式，设置在基板10上。

更为优选的，固定板50可选但不仅限于为快装板，以与多旋翼无人机A的快装件连接，将基板10固定在多旋翼无人机A上。这样，雷达装置，可通过快装板和多旋翼无人机A底部的快装件实现快速拆装，操作便利快捷。

更为优选的，二轴稳向云台30，在俯仰维的调节范围可选但不仅限于为 -20°～20°；在横滚维的调节范围可选但不仅限于为10°～90°。

更为优选的，多旋翼无人机，可选但不仅限于采用双GNSS天线，通过沿航向机安装的两个GNSS天线获取飞机航向与设计航线之间的夹角，并通过内部飞控系统实时控制和调整机身，确保飞机航向与设计航线保持一致，保持航向维的稳定性；进而通过二轴稳向云台30实现天线波束在俯仰维和横滚维的调节，保持俯仰维和横滚维的稳定性，实现SAR装置的三维稳向。优选的，双GNSS 天线设置在其航向的机臂上，以进一步提高航向的精准测量和控制能力。更为优选的，两个GNSS天线间隔大于1.0m设置，使得飞机航向测量精度小于0.5°，飞机航向与飞机航迹保持在2°以内，满足雷达装置对航向维波束指向稳定精度要求。在该实施例中，多旋翼无人机采用双GNSS天线辅助高精度定向模块测量无人机航向角，并通过飞控系统进行实时航向控制和调整，实现飞机航向与设计航线保持一致，进而保证所搭载的雷达天线波束指向在SAR方位向保持稳定。以正侧视条带SAR为例，当飞机航向与设计航线保持一致时，雷达波束照射方向始终与航线垂直，如图4所示，亦即雷达波束正侧视照射地面。

另一方面，本实用新型还提供一种多旋翼无人机，包括上述任意的SAR装置。

上述多旋翼无人机与上述SAR装置对应，其技术作用和有益效果在此不再赘述，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，包括：基板(10)；设置在所述基板(10)上的雷达主机(20)、二轴稳向云台(30)和供电部件(40)；以及用于将所述基板(10)固定在所述多旋翼无人机(A)上的固定板(50)；

所述二轴稳向云台(30)，用于根据所述多旋翼无人机(A)或/和所述SAR装置(B)的当前姿态，控制所述二轴稳向云台(30)的俯仰调节量和横滚调节量。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述二轴稳向云台(30)，包括：

传感单元(31)，用于检测所述多旋翼无人机(A)或/和所述SAR装置(B)的当前姿态；

处理单元(32)，与所述传感单元(31)连接，用于接收所述多旋翼无人机(A)或/和所述SAR装置(B)的当前姿态，以计算所述二轴稳向云台(30)的俯仰调节量和横滚调节量；

执行单元(33)，与所述处理单元(32)连接，用于接收所述俯仰调节量和横滚调节量，以控制所述二轴稳向云台(30)。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述二轴稳向云台(30)设置在所述基板(10)的中部；所述雷达主机(20)和所述供电部件(40)，设置在所述二轴稳向云台(30)的两侧。

4.根据权利要求2所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述雷达主机(20)和所述供电部件(40)，相对于所述二轴稳向云台(30)，设置为处于力学平衡状态。

5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述基板(10)，采用碳纤维材质。

6.根据权利要求1所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述雷达主机(20)、所述二轴稳向云台(30)和所述供电部件(40)，采用螺栓、螺杆、铰接、焊接的任意一种或多种方式，设置在所述基板(10)上。

7.根据权利要求1所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述固定板(50)为快装板，以与所述多旋翼无人机(A)的快装件连接，将所述基板(10)固定在所述多旋翼无人机(A)上。

8.根据权利要求1所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述俯仰调节量的调节范围为-20°～20°，或/和所述横滚调节量的调节范围为10°～90°。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的多旋翼无人机搭载的SAR装置，其特征在于，所述多旋翼无人机，采用双GNSS天线测量飞机机身与航线的夹角。

10.一种多旋翼无人机，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的SAR装置。

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