[发明专利]基于微波雷达的无人机避障仿地飞行系统

说明书

本发明公开一种基于微波雷达的无人机避障仿地飞行系统，其至少包括：由第一微波雷达和第一舵机云台组成的第一避障模块，以及与第一避障模块电性连接的转接模块，转接模块电性连接至无人机的飞控系统；转接模块同时对第一避障模块和第二避障模块或其中之一进行控制和数据预处理，控制和预处理方法根据避障模块的组合形式及设定的探测方向需求分模式进行。本发明以转接模块为中心，与其对避障模块的控制和数据处理方法相配合，可实现灵活组合的系统拓扑结构，以满足不同需求的避障仿地系统。

技术领域

该发明涉及植保无人机避障、仿地飞行技术领域，特别涉及一种植保无人机避障仿地飞行的微波雷达系统。

背景技术

植保无人机在飞防作业时，一般要求其飞行在作物以上1-2m的高度，以保障作业效果，因此，植保无人机作业主要面临两个困难，一是田间环境复杂障碍物众多，二是地形并不平整。

目前，避让田间障碍物的方案主要有两种，一是在作业区域内圈出固定的障碍物位置实现规划避障，二是采用超声、双目立体视觉、激光雷达、微波雷达等传感器，对突然出现的、细小的、运动中的障碍物实时探测主动避障；低空飞行需要精准的高度保持，目前，植保机的作业高度主要参考GPS(高精度的RTK(Real-time kinematic，实时动态)技术)和气压计提供的绝对高度。为了解决地形起伏造成的飞行器与作物间的高度不能保持的问题，出现了同样采用超声、双目立体视觉、激光雷达、微波雷达等传感器，探测飞行器与作物间的相对高度，已实现仿地飞行的技术方案。

目前应用于避障和仿地飞行的传感器方案中，一些方案由于传感器本身的特点以及使用不当导致传感器无法发挥最佳的性能等因素，在植保无人机上实现的避障和仿地的效果并不理想。如超声传感器探测距离近，波束宽，易产生多径效应；单纯的双目视觉测距不能在晚上使用，光学镜头易被药液尘土污染，植保机较大的振动对双目的图像采集影响较大；激光雷达波束太窄，探测范围不足；微波雷达可以克服上述传感器的问题，但不恰当的安装方案会使微波雷达的探测效果大打折扣。特别是一些基于FMCW仅使用相对运动产生的差分信号作为测距源的雷达，处理不好的安装罩壳会因为与雷达天线有相对运动而影响雷达探测。

为实现避障和仿地功能，植保无人机往往挂载多个传感器，以尽可能多的获取外界信息，导致飞控需要更多的接口去支持这些传感器，同时也增加了飞控对传感器基础通信处理的负担。

发明内容

在下文中给出了关于本发明实施例的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本申请的一个方面，提供一种基于微波雷达的无人机避障仿地飞行系统，通过一个转接模块以约定的通信协议接入不同机型的飞控之中，实现飞控一次对多个传感器数据的采集，同时在不改变飞控硬件接口的条件下实现灵活的模块组合和数据处理模式，满足不同机型的应用需求。

具体的，本发明提出一种基于微波雷达的无人机避障仿地飞行系统，其包括：由第一微波雷达和第一舵机云台组成的第一避障模块，以及与第一避障模块电性连接的转接模块，转接模块电性连接至无人机的飞控系统；转接模块对第一避障模块的探测角进行控制并对其采集的数据进行预处理，控制和数据预处理方法包括：

根据第一避障模块的探测方向需求设定为单向或是双向；

如果探测方向是单向，转接模块不改变第一避障模块的探测方向，仅通过第一舵机云台进行姿态角补偿；

如果探测方向是双向，则转接模块根据飞控系统的飞行方向，对第一避障模块的探测方向进行动态调整；当避障模块旋转到指定角度附近时，将该角度下获得的障碍物数据根据预先设置的映射关系保存至以飞行器定义的对应方向上(前和后或者左和右)的障碍物距离信息缓存中，并等待上传至飞控系统。