一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法制造技术

本发明专利技术公开了一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法，包括以下步骤：(1)波形设计和数据采集；(2)获得距离方位数据；(3)输出目标点云数据；(4)无人机高度值计算；(5)无人机坡度检测；(6)输出雷达结果。本发明专利技术提供的一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法，使用毫米波雷达的二维点云数据进行准确的高度估计，同时，利用多点最小二乘法拟合来获得坡面的斜度；雷达不仅可以实时获得飞行高度信息，还能检测到地面为上升坡或者下降坡，这可以提前将抬升或下降信号反馈给无人机控制模块触发抬升或下降动作，提高了飞控的响应速度，使得无人机在斜坡面也能保持相对稳定的高度飞行。面也能保持相对稳定的高度飞行。面也能保持相对稳定的高度飞行。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法


[0001]本专利技术涉及坡度检测
，尤其涉及一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法。

技术介绍

[0002]无人机在山地、丘陵、梯田等地形起伏的复杂环境飞行作业时，由于无人机飞控信号都会存在一定的滞后导致其斜坡飞行中会造成高度落差，难以保持恒定高度飞行，严重的话可能造成无人机炸机和人员伤亡等恶劣后果。为了确保无人机在复杂环境中安全作业，有效的解决方法变得极为重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出的一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法，使用毫米波雷达的二维点云数据进行准确的高度估计，同时，利用多点最小二乘法拟合来获得坡面的斜度；雷达不仅可以实时获得飞行高度信息，还能检测到地面为上升坡或者下降坡，这可以提前将抬升或下降信号反馈给无人机控制模块触发抬升或下降动作，提高了飞控的响应速度，使得无人机在斜坡面也能保持相对稳定的高度飞行。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0005]一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法，包括以下步骤：
[0006](1)波形设计和数据采集：毫米波雷达发射和接收波形配置后，采集多通道回波数据；
[0007](2)获得距离方位数据：将多通道回波数据进行处理，得到距离方位图；
[0008](3)输出目标点云数据：在距离方位图中进行CFAR检测算法，输出目标点云数据，可得到目标的xy坐标，雷达反射回来的回波能量；
[0009](4)无人机高度值计算：选取点云数据中的最强点，将最强点附近的多个点聚类成一个目标簇，并且求取质心，计算得到目标质心到雷达的距离，此距离即当前飞行高度H；
[0010](5)无人机坡度检测：雷达点云数据可表示为L＝{(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)...(x
n
,y
n
)}，设函数f(x)＝ax+b，利用最小二乘法求拟合曲线，使得函数f(x)尽可能拟合L；最小二乘法原理是通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，即求Q值最小，如公式所示：
[0011][0012]求Q＝f(a,b)的最小值，即求解(a,b)点，使f(a,b)值极小，使用偏导数求解f(a,b)极小值，如公式所示：
[0013][0014][0015]求出斜率a和截距b后，得到直线的倾斜角θ＝arctan(a)，θ大于0时为下坡，θ小于0时为上坡；
[0016](6)输出雷达结果：雷达实时输出无人机高度值H和地面坡度值θ。
[0017]优选的，步骤(2)中将多通道回波数据进行二维FFT处理，得到距离方位图。
[0018]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019](1)毫米波雷达高度计全天时和全天候，能实时测量飞行高度，还可以输出二维点云图像；
[0020](2)坡度检测算法能检测到地面为上升坡或者下降坡，提前将抬升或下降信号反馈给无人机控制模块触发抬升或下降动作，提高了飞控的响应速度，使得无人机在斜坡面也能保持相对稳定的高度飞行；
[0021](3)本专利的雷达算法运算速度快，实时性高，已经通过试飞实验验证了其可行性并且有着很好的飞行效果。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的上坡飞行时雷达点云结果图；
[0023]图2为本专利技术的下坡飞行时雷达点云结果图；
[0024]图3为本专利技术的平地飞行时雷达点云结果图；
[0025]图4为本专利技术的雷达高度计的坡度检测算法流程图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0028]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0029]实施例：
[0030]参照图1
‑
4，一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法，包括以下步骤：
[0031](1)波形设计和数据采集：毫米波雷达发射和接收波形配置后，采集多通道回波数据；
[0032](2)获得距离方位数据：将多通道回波数据进行二维FFT处理(二维FFT为常规方法，故不再具体赘述)，得到距离方位图；
[0033](3)输出目标点云数据：在距离方位图中进行CFAR检测算法(CFAR检测算法为常规方法，故不再赘述)，输出目标点云数据，可得到目标的xy坐标，雷达反射回来的回波能量；
[0034](4)无人机高度值计算：选取点云数据中的最强点，将最强点附近的多个点聚类成一个目标簇，并且求取质心，计算得到目标质心到雷达的距离，此距离即当前飞行高度H；
[0035](5)无人机坡度检测：雷达点云数据可表示为L＝{(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)...(x
n
,y
n
)}，设函数f(x)＝ax+b，利用最小二乘法求拟合曲线，使得函数f(x)尽可能拟合L；最小二乘法原理是通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，即求Q值最小，如公式所示：
[0036][0037]求Q＝f(a,b)的最小值，即求解(a,b)点，使f(a,b)值极小，使用偏导数求解f(a,b)极小值，如公式所示：
[0038][0039][0040]求出斜率a和截距b后，得到直线的倾斜角θ＝arctan(a)，θ大于0时为下坡，θ小于0时为上坡；
[0041](6)输出雷达结果：雷达实时输出无人机高度值H和地面坡度值θ。
[0042]以上，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，根据本专利技术的技术方案及其专利技术构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波雷达高度计的坡度检测算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)波形设计和数据采集：毫米波雷达发射和接收波形配置后，采集多通道回波数据；(2)获得距离方位数据：将多通道回波数据进行处理，得到距离方位图；(3)输出目标点云数据：在距离方位图中进行CFAR检测算法，输出目标点云数据，可得到目标的xy坐标，雷达反射回来的回波能量；(4)无人机高度值计算：选取点云数据中的最强点，将最强点附近的多个点聚类成一个目标簇，并求取质心，计算得到目标质心到雷达的距离，即当前飞行高度H；(5)无人机坡度检测：雷达点云数据可表示为L＝{(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)
…
(x
n
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨博，文正林，章锡阳，郭利庚，刘百超，陈浩文，
申请(专利权)人：长沙莫之比智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：