无人机雷达、无人机及无人机雷达控制方法技术

本发明专利技术提供了一种无人机雷达、无人机及无人机雷达控制方法，无人机雷达包括测量主机、单极子波束天线组、宽波束发射天线、宽波束接收天线、窄波束发射天线和窄波束接收天线。窄波束天线的波束较窄，测量无人机与地面之间的距离较为精准。宽波束天线的波束较宽，测量范围较广，可以辅助测量无人机斜下方有无障碍物，使无人机在地形变化时能够避开斜下方的障碍物。单极子波束天线组的波速最宽，在陡峭地形时，可以快速测量到侧方和斜下方的障碍物，使无人机能够快速避障或者刹停。如此，该无人机雷达的功能丰富，适用于无人机上升、下降、悬停、仿地等多种状态，测量结果较为精准，而且无需使用旋转雷达，结构稳定性较强，使用寿命较长。长。长。

【技术实现步骤摘要】
无人机雷达、无人机及无人机雷达控制方法


[0001]本专利技术属于雷达
，更具体地说，是涉及一种无人机雷达、无人机及无人机雷达控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国的科技发展与科学技术水平的提高，无人机在各个领域的应用越来越广泛。在无人机行业中，由于环境复杂造成无人机飞行有很多的不确定性。为了确保无人机的稳定飞行，因此需要在无人机下方安装雷达，使无人机具有感知环境的能力。无人机下方雷达对无人机的仿地、测高、稳定悬停、避障等功能具有重要作用。因此无人机下方雷达是使无人机稳定飞行的重要部件。无人机下方雷达的设计与安装是目前无人机设计的重点，同时也是难点所在。相较于激光雷达和超声波雷达，毫米波雷达具有不受天气和环境外界干扰的先天优势。且毫米波雷达易集成，体积小，成本低，能够很容易的满足无人机在多变环境中稳定的测量数据。
[0003]目前常用的雷达有以下两种：
[0004]1、纳雷科技NRA15
‑
高度计雷达，其最大的缺点是单波束辐射范围窄，功能单一。从目前实际情况来看，单波束已经不能满足实际生活中复杂环境的应用，在遇到两个障碍物距离比较大的场景下，往往会由于波束宽度和波束个数的不足，导致对地形的认知不足，无法提前做出判断。
[0005]2、相控阵数字雷达。该雷达为大疆无人机采用的下方雷达，这种下方雷达测量方法的具体实现方式是利用机扫，它是通过电机以一定转速将单板的雷达进行周期转动，实现360度的目标探测。从而接受各个方向的数据，并对数据进行融合处理，从而达到定高，仿地的功能。主要不足之处为：由于电机的360度转动雷达刷新率不高，对于无人机的全方位的障碍物不能快速检测，相应雷达在一个具体的方向上辐射时间非常少，而雷达在具体方位的辐射时间与探测能力成正比。而且，机械式的高速转动限制了雷达的使用寿命、影响到稳定性，不能根据无人机的倾斜状态调整探测方向，适用范围有限。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的目的在于提供一种无人机雷达、无人机及无人机雷达控制方法，以解决现有技术中存在的高度计雷达功能单一，相控阵数字雷达对具体方位的探测能力不高、使用寿命短等技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种无人机雷达，包括：
[0008]单极子波束天线组，用于测量无人机与障碍物之间的距离以及测量回波信号的回波角度，以提供避障信息，所述单极子波束天线组的波束宽度大于85
°
；
[0009]宽波束发射天线，用于发射宽度大于25
°
，且小于80
°
的波束；
[0010]宽波束接收天线，用于接收所述宽波束发射天线发出的波束；
[0011]窄波束发射天线，用于发射宽度小于25
°
的波束；
[0012]窄波束接收天线，用于接收所述窄波束发射天线发出的波束；
[0013]测量主机，用于处理天线的发出波束和接收波束，所述测量主机具有使所述单极子波束天线组中的发射天线、所述宽波束发射天线及所述窄波束发射天线选择性工作的控制开关；
[0014]所述宽波束发射天线和所述宽波束接收天线用于测量无人机与障碍物之间的距离，以判断无人机是否需要避障；所述窄波束发射天线和所述窄波束接收天线用于测量无人机与地面的距离。
[0015]可选地，所述单极子波束天线组包括第一发射单极子天线、第二发射单极子天线、第一接收单极子天线以及第二接收单极子天线，所述第一发射单极子天线和所述第二发射单极子天线的连线为第一参考线，所述第一接收单极子天线和所述第二接收单极子天线的连线为第二参考线，所述第一参考线和所述第二参考线呈夹角设置，所述第一发射单极子天线或者所述第二发射单极子天线的发射波束由所述第一接收单极子天线和所述第二接收单极子天线接收，以测量回波信号与所述第二参考线之间的夹角，所述第一发射单极子天线和所述第二发射单极子天线同时发射波束均由所述第一接收单极子天线或者所述第二接收单极子天线接收，以测量回波信号与所述第一参考线之间的夹角。
[0016]可选地，所述测量主机包括信号发射模块和信号处理模块，所述信号发射模块包括所述控制开关，所述控制开关为单刀四掷开关；所述单极子波束天线组包括第一发射单极子天线、第二发射单极子天线、第一接收单极子天线以及第二接收单极子天线，所述单刀四掷开关四个触点分别与所述宽波束发射天线、所述窄波束发射天线、所述第一发射单极子天线和所述第二发射单极子天线连接。
[0017]可选地，所述信号发射模块还包括依次电性连接的信号调制电路、压控振荡器、功分器以及四个射频放大器，四个所述射频放大器分别与所述宽波束发射天线、所述窄波束发射天线、所述第一发射单极子天线和第所述二发射单极子天线电性连接，所述功分器和四个所述射频放大器之间通过所述单刀四掷开关电性连接，所述压控振荡器由所述信号调制电路驱动，所述功分器用于将发射信号分别输送至所述射频放大器和所述信号处理模块。
[0018]可选地，所述信号处理模块包括四个信号处理单元，所述信号处理单元包括依次电性连接的低噪声放大器、混频器、滤波放大器和模拟数字转换器，所述宽波束接收天线、所述窄波束接收天线、所述第一接收单极子天线及所述第二接收单极子天线分别与四个所述低噪声放大器电性连接，所述混频器与所述信号发射模块的功分器电性连接。
[0019]本专利技术还提供一种无人机，包括上述的无人机雷达。
[0020]本专利技术还提供一种无人机雷达控制方法，用于上述的无人机雷达中，无人机雷达控制方法包括：
[0021]无人机悬停或上升时，控制开关使窄波束发射天线工作，测量所述无人机与地面之间的距离；
[0022]无人机水平仿地时，控制开关使宽波束发射天线、所述窄波束发射天线和单极子波束天线组的发射天线选择性的工作；
[0023]无人机下降时，控制开关使所述窄波束发射天线和所述单极子波束天线组的发射天线选择性的工作。
[0024]可选地，无人机水平仿地时，控制开关使宽波束发射天线、所述窄波束发射天线和单极子波束天线组的发射天线选择性的工作的步骤中，
[0025]所述窄波束发射天线和窄波束接收天线测量所述无人机与障碍物之间的距离为l1，所述宽波束发射天线和宽波束接收天线测量所述无人机与障碍物之间的距离为l2，所述单极子波束天线组测量无人机与障碍物之间的距离为l3，避障阈值为R，
[0026]l1>l2>R时，所述无人机进行拉升；
[0027]l1>l2且l2<R时，或者，l1>l2且l3<R时，所述无人机进行避障或者刹停。
[0028]可选地，人机下降时，控制开关使所述窄波束发射天线和所述单极子波束天线组的发射天线选择性的工作的步骤中，
[0029]所述窄波束发射天线和窄波束接收天线测量所述无人机与障碍物之间的距离为l1，所述单极子波束天线组测量无人机与障碍物之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无人机雷达，其特征在于，包括：单极子波束天线组，用于测量无人机与障碍物之间的距离以及测量回波信号的回波角度，以提供避障信息，所述单极子波束天线组的波束宽度大于85
°
；宽波束发射天线，用于发射宽度大于25
°
，且小于80
°
的波束；宽波束接收天线，用于接收所述宽波束发射天线发出的波束；窄波束发射天线，用于发射宽度小于25
°
的波束；窄波束接收天线，用于接收所述窄波束发射天线发出的波束；测量主机，用于处理天线的发出波束和接收波束，所述测量主机具有使所述单极子波束天线组中的发射天线、所述宽波束发射天线及所述窄波束发射天线选择性工作的控制开关；所述宽波束发射天线和所述宽波束接收天线用于测量无人机与障碍物之间的距离，以判断无人机是否需要避障；所述窄波束发射天线和所述窄波束接收天线用于测量无人机与地面的距离。2.如权利要求1所述的无人机雷达，其特征在于，所述单极子波束天线组包括第一发射单极子天线、第二发射单极子天线、第一接收单极子天线以及第二接收单极子天线，所述第一发射单极子天线和所述第二发射单极子天线的连线为第一参考线，所述第一接收单极子天线和所述第二接收单极子天线的连线为第二参考线，所述第一参考线和所述第二参考线呈夹角设置，所述第一发射单极子天线或者所述第二发射单极子天线的发射波束由所述第一接收单极子天线和所述第二接收单极子天线接收，以测量回波信号与所述第二参考线之间的夹角，所述第一发射单极子天线和所述第二发射单极子天线同时发射波束均由所述第一接收单极子天线或者所述第二接收单极子天线接收，以测量回波信号与所述第一参考线之间的夹角。3.如权利要求1所述的无人机雷达，其特征在于，所述测量主机包括信号发射模块和信号处理模块，所述信号发射模块包括所述控制开关，所述控制开关为单刀四掷开关；所述单极子波束天线组包括第一发射单极子天线、第二发射单极子天线、第一接收单极子天线以及第二接收单极子天线，所述单刀四掷开关四个触点分别与所述宽波束发射天线、所述窄波束发射天线、所述第一发射单极子天线和所述第二发射单极子天线连接。4.如权利要求3所述的无人机雷达，其特征在于，所述信号发射模块还包括依次电性连接的信号调制电路、压控振荡器、功分器以及四个射频放大器，四个所述射频放大器分别与所述宽波束发射天线、所述窄波束发射天线、所述第一发射单极子天线和第所述二发射单极子天线电性连接，所述功分器和四个所述射频放大器之间通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谅，胡勇，陈镓，丁同禹，韩崇志，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：