[实用新型]一种应用于无人机的平面集成式微波测高雷达

说明书

本实用新型公开了一种应用于无人机的平面集成式微波测高雷达，包括微波基片、第一基片和第二基片，所述微波基片、第一基片、第二基片从上至下顺序叠放，微波基片的上表面设有射频收发前端、发射天线、接收天线、第一滤波器、第二滤波器和混合环，第二基片的底部设有频率合成器、电源管理模块、通讯接口模块和控制处理电路。构成全天时进行精确稳定的高度测量的雷达传感器。

技术领域

本实用新型涉及微波频段雷达系统中的测距雷达技术领域，特别是一种应用于无人机的平面集成式微波测高雷达。

背景技术

无人机在低空飞行作业过程中，需要跟随地表的高低起伏动态调整飞行高度，以保证飞行的安全性，这需要通过无人机搭载的测高装置通过连续高度测量来保障。

现有的无人机高度测量主要有如下几种方法：

1、通过激光雷达测高

2、通过气压计测高

3、通过超声波测高

4、通过微波雷达测高

对于第1种方法，通过激光雷达测高，如“空军工程大学学报（自然科学版）”2010年10月发表的《适用于无人机超低空飞行的脉冲激光测高系统》一文所述，通过对连续波激光源进行脉冲调制，发射激光脉冲，并接收回波脉冲，通过比对收发脉冲之间的时间延迟，推算出高程差。通过这种方法进行无人机测高，在实际始用时最大的限制因素就是不能全天时全天候工作。众所周知，激光雷达一般都是在光照较弱或夜晚的条件下工作，如果白天太阳光照强烈的时候，地表反射的太阳辐照可能也比较强，会对激光束产生较大的背景噪声干扰，影响测量准确性。另外，在雾、重污染等空气中悬浮粒子较多的气象条件下，激光的穿透力会大大降低，无法始用。因此，使用激光雷达进行测高存在一定的不足。

对于第2种方法，使用气压计测高，如“自动化与仪表”期刊2012年发表的华南理工大学李洪辉等人撰写的《无人直升机高度测量的设计与实现》一文所述，利用气压随高度变化的基本原理，使用BMP085气压计芯片，结合高阶卡尔曼滤波，实现高度测量。该方法存在的主要问题是：在不同的气候条件下，气压与高度的关系呈现出多变性，导致测量的误差较大。

对于第3种方法，使用超声波测高，如“宇航计测技术”期刊2010年发表的内蒙古工业大学刘博等人撰写的《用于小型无人机的超声波低空测高系统实验研究》一文所述，基于超声波在空气中的传播反射原理，利用超声波模块和微处理器相结合进行高度测量。该方法和目前大多数汽车上所用的超声波倒车防撞告警装置类似，结构简单，成本低廉。其主要缺点是探测距离较近，实际最大探测距离一般只有10米左右，不太适用于在复杂地形飞行的无人机。

对于第4种方法，使用微波雷达测高，如北京航空航天大学张凤等人2015年发表的《应用于无人机的单天线LFMCW雷达高度表研究》一文所述，从该文所给出的系统原理框图可知，其采用单天线调频连续波测距的系统方案，为了消除单天线所带来的发射功率泄露阻塞接收通道的问题，引入了矢量对消的电路。这种方法是调频连续波雷达测距的经典方法之一，其优点是使用单天线，可以缩小体积，但付出的代价是需要使用复杂的矢量对消电路，而且电路里需要使用环形器、耦合器、矢量调制器等分立电路，客观上增加了成本，也在一定程度上抵消了使用单天线带来的体积缩减的优势。对于小型无人机测高雷达而言，因为探测距离较近，实际所需的天线口径并不会很大，所以使用单天线与使用双天线而言，其带来的综合优势并不明显，反而因为矢量对消电路的引入造成了复杂性和成本的增加，这对于民用产品的推广应用来说是不利的。