基于无人机的穿墙雷达探测系统及探测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机的穿墙雷达探测系统及探测方法，此系统包括无人机、环境感知单元、穿墙雷达、云台和控制单元；无人机、环境感知单元、穿墙雷达、云台均与控制单元相连；穿墙雷达位于无人机上，用于对待测建筑物的外部结构、内部结构以及内部人员进行探测；环境感知单元位于无人机上，用于感知无人机的飞行环境信息，并将飞行环境信息发送至控制单元；控制单元根据飞行环境信息控制无人机的飞行，以使无人机与外墙体之间的距离保持在一定范围内；云台位于无人机上，穿墙雷达的收发天线位于云台上，控制单元根据飞行环境信息控制云台的动作以使收发天线的阵面与外墙体保持平行。本发明专利技术具有结构简单、探测性能好等优点。探测性能好等优点。探测性能好等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的穿墙雷达探测系统及探测方法


[0001]本专利技术主要涉及雷达探测
，具体涉及一种基于无人机的穿墙雷达探测系统及探测方法。

技术介绍

[0002]穿墙雷达是近些年快速发展起来的一种对墙后目标进行探测的技术，它能够对墙体后的目标进行探测、成像、定位、跟踪与识别等，因此在城市巷战、反恐安保、灾害及人质救援方面有着广泛的应用。
[0003]传统的穿墙雷达是基于贴墙设备进行探测，这种近距离探测在实际应用中是非常危险的。因此，需要开展基于无人机的远距离穿墙雷达研究。在基于无人机的穿墙雷达中，无人机要么是悬停于某个固定点进行探测，要么设定为沿平行于墙壁的直线轨迹运动进行探测。但在真实的情况中，例如无人机悬停时，无法保证悬停精度，导致雷达前后抖动，造成检测性能下降甚至无法检测到目标；在平行运动时无人机位置往往也都是非直线的，同样会给穿墙雷达信号处理带来极大的困扰，造成探测性能下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种探测性能好的基于无人机的穿墙雷达探测系统及探测方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种基于无人机的穿墙雷达探测系统，包括无人机、环境感知单元、穿墙雷达、云台和控制单元；所述无人机、环境感知单元、穿墙雷达、云台均与所述控制单元相连；所述穿墙雷达位于所述无人机上，用于对待测建筑物的外部结构、内部结构以及内部人员进行探测；所述环境感知单元位于所述无人机上，用于感知无人机的飞行环境信息，并将所述飞行环境信息发送至控制单元；所述飞行环境信息包括无人机与待测建筑物的外墙体之间的距离信息；所述控制单元根据所述飞行环境信息控制无人机的飞行，以使无人机与外墙体之间的距离保持在一定范围内；所述云台位于所述无人机上，所述穿墙雷达的收发天线位于所述云台上，所述控制单元根据所述飞行环境信息控制云台的动作以使收发天线的阵面与外墙体保持平行。
[0006]作为上述技术方案的进一步改进：所述环境感知单元包括视觉模块和测距雷达模块，所述视觉模块用于检测无人机视觉信息，所述测距雷达模块用于检测无人机与外墙体之间的距离。
[0007]所述测距雷达模块为激光雷达。
[0008]所述视觉模块为相机。
[0009]还包括地面站，所述地面站与所述控制单元通讯相连。
[0010]本专利技术还公开了一种基于如上所述的基于无人机的穿墙雷达探测系统的探测方法，包括步骤：所述环境感知单元感知无人机的飞行环境信息，并将所述飞行环境信息发送至控制单元；所述飞行环境信息包括无人机与待测建筑物的外墙体之间的距离信息；所述控制单元根据所述飞行环境信息控制无人机的飞行，以使无人机与外墙体之间的距离保持在一定范围内，同时控制云台的动作以使收发天线的阵面与外墙体保持平行；所述穿墙雷达对待测建筑物的外部结构、内部结构以及内部人员进行探测。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进：所述探测包括定点探测和环绕飞行探测。
[0012]所述控制单元控制云台的动作以使收发天线的阵面与外墙体保持平行的具体过程为：环境感知单元开始工作，获取建筑物点云数据，提取数据点云法线，对点云法线聚类提取平面信息；利用多个平面信息，从中选取数据量最大的平面做法线角度提取，获取环境感知单元相对墙体的姿态信息，再利用姿态信息传输给云台，云台根据得到的数据信息计算自身姿态角度，并通过外部控制电机达到所需控制角度，达到墙体锁定的功能，实现收发天线的阵面与墙体的平行。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的基于无人机的穿墙雷达探测系统，通过环境感知单元获取无人机与墙体距离等飞行环境信息，在实现无人机常规避障的基础上，保障无人机与外墙体之间的距离保持在一定范围内，便于穿墙雷达对待测建筑物的探测；另外穿墙雷达的收发天线位于三轴稳定云台上，一方面可以保障收发天线的稳定性和精度（如无人机抖动也不会影响天线的稳定性），另一方面根据飞行环境信息能够控制三轴稳定云台的动作，使收发天线的阵面与外墙体保持平行，保障穿墙雷达的探测性能；另外通过三轴稳定云台的动作，也可以实现穿墙雷达侧面探测和上下方向探测等各个方向上的探测。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的系统在实施例的方框结构图。
[0015]图2为本专利技术的系统在具体应用时的实施例图。
[0016]图例说明：1、无人机；2、环境感知单元；3、穿墙雷达；4、云台；5、地面站；6、控制单元。
具体实施方式
[0017]以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。
[0018]如图1和图2所示，本专利技术实施例的基于无人机的穿墙雷达探测系统，包括无人机1、环境感知单元2、穿墙雷达3、三轴稳定云台4和控制单元6（本实施例中，控制单元6优选为无人机1的飞控系统）；无人机1、环境感知单元2、穿墙雷达3、三轴稳定云台4均与控制单元6相连；穿墙雷达3位于无人机1上，用于对待测建筑物的外部结构、内部结构以及内部人员进
行探测；环境感知单元2位于无人机1上，用于感知无人机1的飞行环境信息，并将飞行环境信息发送至控制单元6；飞行环境信息包括无人机1与待测建筑物的外墙体之间的距离信息；控制单元6根据飞行环境信息控制无人机1的飞行，以使无人机1与外墙体之间的距离保持在一定范围内；三轴稳定云台4位于无人机1上，穿墙雷达3的收发天线位于三轴稳定云台4上，控制单元6根据飞行环境信息控制三轴稳定云台4的动作以使收发天线的阵面与外墙体保持平行。
[0019]本专利技术的基于无人机的穿墙雷达探测系统，通过环境感知单元2获取无人机1与墙体距离等飞行环境信息，在实现无人机1常规避障的基础上，保障无人机1与外墙体之间的距离保持在一定范围内，便于穿墙雷达3对待测建筑物的探测；即由于无人机1与墙体之间的距离稳定，通过运动补偿算法就能够使得无人机1相对于墙体而言处于静止状态，便于后面雷达信号的对消处理以及微多普勒目标的检测；另外穿墙雷达3的收发天线位于三轴稳定云台4上，一方面可以保障收发天线的稳定性和精度（如无人机1抖动也不会影响天线的稳定性），即环境感知单元2以及无人机1本身的IMU单元获取的无人机1姿态信息（包含抖动信息）能够实时传输给控制单元6，控制单元6实时的对无人机1抖动进行负反馈，利用外部控制电机使得云台达到想要控制的角度，补偿无人机1抖动，使得无人机1上的收发天线保持相对稳定；另一方面根据飞行环境信息能够控制三轴稳定云台4的动作，使收发天线的阵面与外墙体保持平行，保障穿墙雷达3的探测性能；具体地，环境感知单元2获得了无人机1周围的点云数据，首先根据点云数据实时提取数据点云法线，对点云法线聚类提取平面信息，再利用多个平面，从中选取数据量最大的平面做法线角度提取，这样就能获取环境感知单元2相对墙面的姿态信息，最后利用姿态信息传输给云台4控制，控制到相对位置上来达到墙面锁定的功能，实现收发天线与墙体的平行，墙体保持平行后，雷达辐射出去的电磁波的最大方向能够与目标保持一致，这样使得目标处获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的穿墙雷达探测系统，其特征在于，包括无人机（1）、环境感知单元（2）、穿墙雷达（3）、云台（4）和控制单元（6）；所述无人机（1）、环境感知单元（2）、穿墙雷达（3）、云台（4）均与所述控制单元（6）相连；所述穿墙雷达（3）位于所述无人机（1）上，用于对待测建筑物的外部结构、内部结构以及内部人员进行探测；所述环境感知单元（2）单元位于所述无人机（1）上，用于感知无人机（1）的飞行环境信息，并将所述飞行环境信息发送至控制单元（6）；所述飞行环境信息包括无人机（1）与待测建筑物的外墙体之间的距离信息；所述控制单元（6）根据所述飞行环境信息控制无人机（1）的飞行，以使无人机（1）与外墙体之间的距离保持在一定范围内；所述云台（4）位于所述无人机（1）上，所述穿墙雷达（3）的收发天线位于所述云台（4）上，所述控制单元（6）根据所述飞行环境信息控制云台（4）的动作以使收发天线的阵面与外墙体保持平行。2.根据权利要求1所述的基于无人机的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述环境感知单元（2）包括视觉模块和测距雷达模块，所述视觉模块用于检测无人机（1）视觉信息，所述测距雷达模块用于检测无人机（1）与外墙体之间的距离。3.根据权利要求2所述的基于无人机的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述测距雷达模块为激光雷达。4.根据权利要求2或3所述的基于无人机的穿墙雷达探测系统，其特征在于，所述视觉模块为相机。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺玉贵，刘剑蓉，宋千，王生水，韩明华，
申请(专利权)人：湖南华诺星空电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：