[发明专利]基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞雷达系统及信号处理方法

说明书

一种基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞雷达系统及信号处理方法，属于信号处理领域，为了解决旋翼无人机复杂环境防碰撞的问题，技术要点是：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。

技术领域

本发明属于雷达领域，涉及一种基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞雷达系统及信号处理方法。

背景技术

近几年，随着技术的不断发展，民用小型旋翼无人机价格越来越低，被广泛用于航拍、电影拍摄、农药喷洒、现场救援、大地遥感测绘、高压线电网巡视等领域。但是因为旋翼无人机低空飞行时易发生与障碍物之间的碰撞，导致旋翼无人机的损坏。目前威胁旋翼无人机室外低空飞行安全的物体主要有树木等自然物体以及电力线、电线杆、建筑物等人造物体。

无人机发展多年，早就能透过GPS判定无人机在平面上的位置，藉此进行定点悬停。但是，如何让无人机感知距离，回避障碍，一直都是个很大的难题。

最早的测距方式其实有点像倒车雷达，透过类似蝙蝠的“听觉”，向测距对像射出电波，感知反射后判定物件的方向和位置。法国无人机公司Parrot旗下的AR.Drone无人机，最早就透过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；而零度无人机的探索者第二代(XIROXplorer2)则采用特殊红外线方式360度测距，藉此回避障碍物。然而，雷达式测距的最大限制是：它需要先发射电波，然后侦察电波反射；在续航力和电波发射功率的限制下，很难进行长距离的测距：例如ParrotBebopDrone的超声波定高，最高距离只有8米，而零度探索者2的最大回避半径，则只有6米。大疆Phantom4或是YuneecTyphoonH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：大疆的双目感应器可以判断最远约15米的障碍，比ParrotBebopDrone远了接近一倍。但是采用视觉实现避障，环境变化会对其避障功能产生巨大的影响，大大影响其避障功能。

发明内容

本发明提供了一种基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞雷达系统及信号处理方法，目的在于得到一种雷达信号处理系统，以实现旋翼无人机远距离复杂环境防撞。

本发明采用如下技术方案：

一种基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞雷达系统，包括天线分系统、射频分系统、信号调理分系统、信号处理分系统；

所述天线分系统形成雷达探测所需的发射和接收波束，并将发射信号向指定区域辐射，并接收指定区域内的目标散射回波信号；

所述射频分系统，产生发射信号且发射信号的频率按照调制信号的规律进行变化，实现输出线性调频连续波；

所述信号调理分系统，对中频模拟信号的滤波和幅值放大；

所述信号处理分系统，使信号调理分系统输出的四路I/Q中频信号，采集到AD采集通道中，并进行基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞雷达信号处理且输出。

上述的基于组合波形的旋翼无人机复杂环境防碰撞雷达系统的信号处理方法，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；