[发明专利]基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞系统信号处理方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞系统信号处理方法。

背景技术

无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。从某种角度来看，无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂空中飞行任务和各种负载任务，可以被看做是“空中机器人”。

固定翼无人机是军用和多数民用无人机的主流平台，最大特点是飞行速度较快；无人直升机是灵活性最强的无人机平台，可以原地垂直起飞和悬停；多旋翼(多轴)无人机是消费级和部分民用用途的首选平台，灵活性介于固定翼和直升机中间(起降需要推力)，但操纵简单、成本较低。

目前来看民用无人机最大的市场在于政府公共服务的提供，如警用、消防、气象等，占到总需求的约70％，而我们认为未来无人机潜力最大的市场可能就在民用，新增市场需求可能出现在农业植保、货物速度、空中无线网络、数据获取等领域；消费级无人机一般采用成本较低的多旋翼平台，用于航拍、游戏等休闲用途。

对于无人机目前另外一个重要的关注点在于无人机防撞问题。例如法国无人机公司Parrot旗下的AR.Drone无人机，采用超声波方式往下方测距，让无人机能固定在同一高度上飞行；零度无人机的探索者第二代(XIRO Xplorer 2)则采用特殊红外线方式360度测距，藉此回避障碍物；大疆Phantom 4或是Yuneec Typhoon H是透过双目感应器，只要在光线良好的环境下，它的自动避障距离比超声波雷达式避障要远得多。但是目前这些方法，超声波方式的最大作用距离为8m，零度无人机采用的红外方式最远为6m，大疆无人机通过采用双目传感器最多也是15m。

发明内容

为了解决旋翼无人机复杂环境防碰撞的问题，本发明提出了一种基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞系统信号处理方法，以实现对于障碍物的速度等解算。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

所述组合波形是三角波调制的FMCW信号及恒频波调制的CW信号组合而成的波形，第一段为三角波，第二段为恒频波；

所述信号处理方法包括以下步骤：

S1.对各段波形，将A/D采集到的IQ数据，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；

S2.将各段波形FFT变换后的复数模值做门限检测CFAR，输出过门限点位置，根据过门限的点计算其对应的频率值，并由此得到对应点上的频率矩阵，同时计算出恒频段过门限点对应的相位值，并由此得到对应点上的相位矩阵；

S3.对于恒频波，计算得到速度矩阵；而对于三角波，其上扫频频率矩阵和下扫频对应的频率矩阵，两两进行配对计算距离和速度，并由此得到距离矩阵和速度矩阵。

有益效果：

1、本发明给出了一种旋翼无人机在复杂环境中进行防碰撞系统整体信号处理设计方法；

2、本发明给出了一种复杂环境中多目标检测的组合波形设计方案，同时给出了，可实现多目标检测的理论分析，对于无人机防撞多目标识别，提供了一种波形设计思路以及解决方法。

3、本发明给出了详细的信号处理过程，包括多目标相对速度的解算、相对距离解算、相位差方向角的解算，以及利用恒频波的速度进行真是目标速度的匹配过程等，对于设计旋翼无人机复杂环境防碰撞系统提供了一种具体的信号处理方法。

附图说明

图1恒频波与线性调频三角波组合波形一个扫频周期内的频率变化图；

图2单目标的(R,V)空间图；

图3多目标的(R,V)空间图；

图4基于组合波形的汽车变道辅助系统信号处理流程图。

具体实施方式

实施例1：一种基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞系统信号处理方法，所述组合波形是三角波调制的FMCW信号及恒频波调制的CW信号组合而成的波形，第一段为三角波，第二段为恒频波；

所述信号处理方法包括以下步骤：

S1.对各段波形，将A/D采集到的IQ数据，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；

S2.将各段波形FFT变换后的复数模值做门限检测CFAR，输出过门限点位置，根据过门限的点计算其对应的频率值，并由此得到对应点上的频率矩阵，同时计算出恒频段过门限点对应的相位值，并由此得到对应点上的相位矩阵；