一种采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，包括小型测距雷达，小型无人机飞行器、安装角度可调整结构件、地面通用飞控计算平台、通用无线通讯平台、定位显示软件，其中，雷达安装于无人机下部，天线对准地平面，其波束角度H

【技术实现步骤摘要】
一种采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统


[0001]本专利技术涉及一种系统，具体涉及一种采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，属于探测系统


技术介绍

[0002]现代生活中，有很多人喜欢从事探宝户外运动，使用的探宝器就是传统的金属探测仪，检测方法是通过电磁感应判断金属的存在和位置。它被应用到了军事(排雷行动)、考古(寻找古代物品)、专业探宝、娱乐休闲(寻找埋藏的物品)、金属资源回收，以及食品、医药、橡胶、纺织、造纸、化工、矿石等工业上金属异物检测等许多领域。但传统的金属探测仪局限很大，比如检测距离短，无法适应高速运动状态下精确检测，检测无法快速准确定位目标位置。因此，在一定程度上限制了应用范围。众所周知，电磁波信号可以有效穿透塑料、塑胶、橡胶、玻璃、陶瓷等物质，可以有效反射金属物质，利用电磁波的这种特性，可以使用小型测距雷达收发信号检测金属目标的存在和位置，其检测精度高，可以在快速运动中检测。

技术实现思路

[0003]本专利技术正是针对现有技术中存在的问题，提供一种采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，该技术方案设计了一种运用小型无人机载测距雷达进行的探宝运动方案，使用该方案可以极大的拓展探宝的范围，提供探宝效率和准确度，增强了娱乐性和团队合作性；可以发展成为人们的娱乐项目，也可作为教育学生的科学兴趣，同时培训学生生产生活中运用新技术的能力；且本方案的检测方法可以推广应用在诸多金属检测领域。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，一种采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，所述系统包括小型测距雷达，小型无人机飞行器、安装角度可调整结构件、地面通用飞控计算平台、通用无线通讯平台、定位显示软件。
[0005]其中，雷达安装于无人机下部，天线对准地平面；其波束角度H
‑
plane水平65
°
，E
‑
plane垂直53
°
；H
‑
plane对应无人机俯仰角度β，通过安装结构件的角度调节可使无人机在平行地平面飞行时，H
‑
plane的一边波束垂直于地面，另一边与地面垂线形成65度夹角；E
‑
plane对应无人机横滚角度θ，通过安装结构件的角度调节可使无人机在平行地平面飞行时，E
‑
plane的一边波束垂直于地面，另一边与地面垂线形成53度夹角；安装结构件设计成角度可调节，H
‑
plane方向为
±
32.5度和0度模式，E
‑
plane方向为
±
26.5度和0度模式。
[0006]作为本专利技术的一种改进，雷达采用60GHz毫米波雷达，属于57
‑
64GHz，非许可的ISM频带，可全球通用。该雷达要求如下：1.三维测距范围可达20米(球型角反射器r＝50mm)；2.额外提供透镜天线以调整波束适应不同应用；3.毫米级精度；4.可在运动和有速度情况下测量；4.低功耗,节能环保低辐射；5.安全可靠，经济实用。目前市场上已有类似雷达产品，其天线波束如下图1，可以通过透镜天线在不同应用中改变天线空域覆盖。HPBW typical of 65(H
‑
plane)and 53degrees(E
‑
plane)。
[0007]作为本专利技术的一种改进，所述无人机飞行器飞行性能要求如下：飞行距离≥200m，
飞行速度≥8m/s，飞行时间≥40min，飞行高度≥20m。
[0008]功能要求如下：1.配置无线wifi路由功能，实现数据上下行；2.实时编队模式下，计算机软件可连接飞行器进行实时编队，飞行器信息(电量、坐标信息等)将实时反馈至计算机软件；整个无人机系统控制显示是在地面计算平台完成。计算软件一边上行飞行控制指令，一边接入和存储飞机的飞行数据，并根据不同飞行模式对应不同定位算法，显示定位结果。
[0009]一种小型无人机载测距雷达进行探宝的方法，采用该系统进行定位的方法如下：
[0010]步骤1：根据目标搜索模式进行判断分析目标有无，如有目标，是单目标还是多目标；
[0011]步骤2：根据不同的目标定位要求采用不同的定位方法。
[0012]其中，步骤1中，此时四路无人机的天线H
‑
plane方向为0度模式，E
‑
plane方向为0度模式，天线覆盖无重叠且对地面的覆盖边沿线重合，单机飞行高度≤20米，可以最大节约搜索时间且达到最大覆盖面积；步骤2中，分析如下：如果发现一个目标，则采用比较简单的单机或双机定位法；如果有两个或以上目标则采用三机或四机实时定位法；如果对目标精度要求很高，可以采用四机延时定位法。
[0013]其中，单机定位法具体如下：
[0014]1)单机定位法
‑‑
最短距离搜索法
[0015]针对某区域的单目标，该无人机在其上空盘旋，直到所测距离d最短，略大于距离地面目标，此时可定位该目标，该方法耗时较长，精度掌握有难度。H
‑
plane方向为0度模式，E
‑
plane方向为0度模式；
[0016]2)单机定位法
‑‑
升降法
[0017]单机悬停在固定高度h1，测得目标距离d1，然后降低至高度h0，测得目标距离d2，目标埋藏的深度为d0，此时目标距离该机在地面的投影点距离为x＝sqrt(d1*d1
‑
(h1+d0)*(h1+d0))＝sqrt(d2*d2
‑
(h0+d0)*(h0+d0))；此时可以计算出目标埋藏的深度d0和目标距离x；此时目标坐落于以该投影点为中心，半径为x的圆上，故此法可测埋藏深度，并形成圆形模糊区。
[0018]其中，双机定位法，具体如下，
[0019]双机定位法
‑‑
平面交叉法，
[0020]无人机在某区域针对某一目标时，悬停在固定高度，测得目标距离d1，距离地面垂直高度h1，假定目标埋在地下d0米处(由于比赛需要通常目标不会埋藏过深，只在比赛规定的浅层范围)，此时目标位置距离无人机垂直地面距离x1＝sqrt(d1*d1
‑
(h1+d0)*(h1+d0))；而根据另一无人机的位置可以同理计算出x2＝sqrt(d2*d2
‑
(h2+d0)*(h2+d0))；则根据目前两机的位置为圆心，半径x1,x2交叉定位出两个可能目标。此时可以结合单机定位方法进行去镜像伪目标得到真实目标。H
‑
plane方向为0度模式，E
‑
plane方向一机为26.5度模式，另一机为
‑
26.5度模式。两机保证H
‑
plane和E
‑
plane方向产生的天线信号覆盖区完全重叠。
[0021]其中，三机定位法，具体如下，
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，其特征在于，所述系统包括小型测距雷达，小型无人机飞行器、安装角度可调整结构件、地面通用飞控计算平台、通用无线通讯平台以及定位显示软件,其中小型测距雷达安装于无人机下部，天线对准地平面，其波束角度H
‑
plane水平65
°
，E
‑
plane垂直53
°
；H
‑
plane对应无人机俯仰角度β，通过安装结构件的角度调节可使无人机在平行地平面飞行时，H
‑
plane的一边波束垂直于地面，另一边与地面垂线形成65度夹角；E
‑
plane对应无人机横滚角度θ，通过安装结构件的角度调节可使无人机在平行地平面飞行时，E
‑
plane的一边波束垂直于地面，另一边与地面垂线形成53度夹角；安装结构件设计成角度可调节，H
‑
plane方向为
±
32.5度和0度模式，E
‑
plane方向为
±
26.5度和0度模式，小型测距雷达所测目标数据接入无人机飞控数据，通过无线通讯平台一同上下行至地面通用飞控计算平台，由定位显示软件在飞行搜索和定位后，给出最终多个目标位置。2.根据权利要求1所述的采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，其特征在于，该雷达采用60GHz毫米波雷达，属于57
‑
64GHz非许可的ISM频带，该雷达为多目标测距雷达，三维测距范围可达20米，球型角反射器r＝50mm。3.根据权利要求2所述的采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，其特征在于，所述小型无人机飞行器飞行性能要求如下：飞行距离≥200m，飞行速度≥8m/s，飞行时间≥40min，飞行高度≥20m。4.根据权利要求3所述的采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，其特征在于，采用该系统进行定位的方法如下：步骤1：根据目标搜索模式进行判断分析目标有无，如有目标，是单目标还是多目标；步骤2：根据不同的目标定位要求采用不同的定位方法。5.根据权利要求4所述的采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，其特征在于，步骤1中，此时四路无人机的天线H
‑
plane方向为0度模式，E
‑
plane方向为0度模式，天线覆盖无重叠且对地面的覆盖边沿线重合，单机飞行高度≤20米，最大节约搜索时间且达到最大覆盖面积；步骤2中，分析如下：如果发现一个目标，则采用比较简单的单机或双机定位法；如果有两个或以上目标则采用三机或四机实时定位法；如果对目标精度要求很高，采用四机延时定位法。6.根据权利要求5所述的采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，其特征在于，单机定位法具体如下：1)单机定位法
‑‑
最短距离搜索法；针对某区域的单目标，该无人机在其上空盘旋，直到所测距离d最短，略大于距离地面目标，此时可定位该目标，该方法耗时较长，精度掌握有难度,H
‑
plane方向为0度模式，E
‑
plane方向为0度模式；2)单机定位法
‑‑
升降法；单机悬停在固定高度h1，测得目标距离d1，然后降低至高度h0，测得目标距离d2，目标埋藏的深度为d0，此时目标距离该机在地面的投影点距离为x＝sqrt(d1*d1
‑
(h1+d0)*(h1+d0))＝sqrt(d2*d2
‑
(h0+d0)*(h0+d0))；此时计算出目标埋藏的深度d0和目标距离x；此时目标坐落于以该投影点为中心，半径为x的圆上，故此法可测埋藏深度，并形成圆形模糊区。7.根据权利要求5所述的采用小型无人机载测距雷达进行探宝的系统，其特征在于，双
机定位法，具体如下，双机定位法
‑‑
平面交叉法，无人机在某区域针对某一目标时，悬停在固定高度，测得目标距离d1，距离地面垂直高度h1，假定目标埋在地下d0米处，此时目标位置距离无人机垂直地面距离x1＝sqrt(d1*d1
‑
(h1+d0)*(h1+d0))；而根据另一无人机的位置同理计算出x2＝sqrt(d2*d2
‑
(h2+d0)*(h2+d0))；则根据目前两机的位置为圆心，半径x1,x2交叉定位出两个可能目标，H
‑
plane方向为0度模式，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大海，王敏淇，赵亚萍，
申请(专利权)人：赵亚萍，
类型：发明
国别省市：