本发明专利技术提供一种用于在无人机上搭载微波雷达的云台装置及其控制系统，该装置包括云台盒子、云台盖子、上臂、下臂、上臂盖板、三相直流无刷电机一和三相直流无刷电机二；下臂一端通过三相直流无刷电机一与云台盒子相接，一端通过三相直流无刷电机二与上臂相接；三相直流无刷电机一与下臂固定连接，三相直流无刷电机一转动轴与云台盒子连接；三相直流无刷电机二与上臂固定连接，三相直流无刷电机二转动轴与下臂连接；上臂顶端与无人机底盘相连接。本发明专利技术具有水平和俯仰调整支撑装置和系统，由结构、硬件电路以及软件程序控制协调配合，实现无人机飞行姿态的雷达入射角度保持以及数据传输的功能。的功能。的功能。
【技术实现步骤摘要】
一种用于安装微波雷达的云台装置及其控制系统
[0001]本专利技术属于自动控制
，涉及无人机云台，特别涉及一种用于安装微波雷达的云台装置及其控制系统。
技术介绍
[0002]微波雷达具有高分辨率、穿透力强和低功耗穿透性的优点，能够实现土壤尤其是覆被土壤相关信息的获取，实现对土壤信息的全天候、全天时监测。而无人机微波遥感凭借运载便利、灵活性高、作业周期短、数据分辨率高等优势，有效克服了卫星遥感技术受天气影响大、时空分辨率较低、受过境周期限制等缺点，成为实现大面积农田尺度快速、精准感知土壤信息的新手段。然而，无人机机载雷达数据入射角、照射面积、幅宽，多光谱数据分辨率、重叠度等因素受无人机飞行姿态、飞行稳定性及地面坡度的影响较大，必须具备专门云台安装微波雷达，实现微波雷达姿态保持、数据传输等功能。
[0003]现有的机载云台装置结构复杂，非标件较多，加工成本高，产品外观无法达到工业化生产的要求。云台结构之间摩擦力的存在导致相对运动需要电机提供更大的动力，运行过程中进行重心调节相对困难，云台会发生剧烈地晃动，进而造成搭载的微波雷达设备不稳定，影响微波雷达数据的传输，同时在无人机工作期间由于无人机的抖动以及倾斜都会对数据传输和接收产生严重影响。鉴于以上问题，急需一种结构简单，调节方便，性能稳定的机载云台结构。
技术实现思路
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，解决无人机机体姿势不稳定、数据受地形变化影响大的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于安装微波雷达的云台装置及其控制系统，通过姿态采集模块对雷达俯仰角实时监控，并通过电机驱动电路实时调整雷达俯仰角，以此解决云台不稳定，探测效果不好的技术难题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种用于安装微波雷达的云台装置，所述云台装置固定于无人机的正下方，包括上臂、下臂、云台盒子、减震单元、数据传输单元和姿态调整单元，微波雷达固定于云台盒子的下方；
[0007]所述减震单元连接上臂与无人机底盘安装架，以实现减震功能；
[0008]所述数据传输单元包括云台主控制板，将微波雷达采集到的数据实时传输到电脑端；
[0009]所述姿态调整单元包括三相直流无刷电机一和三相直流无刷电机二，三相直流无刷电机一固定在下臂上，转动轴为Y向，并与云台盒子连接，三相直流无刷电机二固定在上臂的底端，转动轴为X向，并与下臂连接，通过上臂与下臂之间以及下臂与云台盒子之间的相对运动，使得微波雷达在无人机飞行过程中保持入射角与地面为45
°
俯角。
[0010]在一个实施例中，所述上臂呈倒L型，其顶部的水平臂用于与减震单元连接，所述
下臂呈水平放置的L型，其一臂外侧与所述三相直流无刷电机二的转动轴连接，另一臂内侧固定所述三相直流无刷电机一。
[0011]在一个实施例中，所述减震单元包括上减震板、下减震板和若干减震柱，所述若干减震柱连接于上减震板和下减震板之间，所述上减震板与所述无人机底盘安装架固定连接，所述下减震板与所述上臂固定连接。所述上减震板通过四个减震柱与下减震板固定；所述上减震板、下减震板使用碳纤维板制作，四个减震柱使用橡胶制作。
[0012]在一个实施例中，所述云台盒子外形为长方体状，内部中空，所述云台主控制板固定于云台盒子内部。
[0013]本专利技术还提供了一种所述用于安装微波雷达的云台装置的控制系统，包括姿态采集模块、无线传输模块、电源模块和直流稳压模块；所述云台主控制板包括MCU处理电路、电机驱动电路以及串口和通信电路；
[0014]所述姿态采集模块，用于测量微波雷达的俯仰角和线加速度；
[0015]所述无线传输模块，用于将微波雷达采集的数据传输至云台主控制板，云台主控制板将数据传输至电脑端；
[0016]所述电源模块及直流稳压模块，用于为云台主控制板提供稳定直流电压；
[0017]所述MCU处理电路，与所述姿态采集模块连接，接收其测量数据，并输出控制脉冲；
[0018]所述电机驱动电路，用于根据所述控制脉冲，控制云台装置的转角，完成微波雷达的水平和俯仰调整，实现雷达的姿态保持功能；
[0019]所述串口下载电路和通信电路，用于烧录程序、提供电源接口。
[0020]在一个实施例中，所述姿态采集模块安装于所述云台主控制板，所述电机驱动电路根据所述控制脉冲，控制三相直流无刷电机一和三相直流无刷电机二的转角，进而通过上臂与下臂之间以及下臂与云台盒子之间的相对运动，实现云台装置的姿态保持功能。
[0021]在一个实施例中，所述云台主控制板使用定时器周期性获取姿态采集模块测量的俯仰角；当当前俯仰角与设定的45
°
俯角的偏差超出预设值时，姿态采集模块将无人机飞行时微波雷达的俯仰角转换成电信号发送给MCU处理电路；所述MCU处理电路根据该电信号以控制脉冲的形式向所述电机驱动电路发送指令；所述电机驱动电路向三相直流无刷电机一和三相直流无刷电机二的驱动芯片发送PWM信号进行角度调整。
[0022]在一个实施例中，所述串口下载电路和通信电路互为复用电路，在MCU处理电路调试期间通过USB接口将写好的程序烧录到MCU处理电路中。
[0023]在一个实施例中，所述程序为姿态调整程序、地面坡度解算程序；所述姿态调整程序先获取当前状态下微波雷达的俯仰角，计算与45
°
俯角之间的偏差角，然后通过电机驱动电路调整电机角度，实现姿态稳定的功能；所述地面坡度结算程序通过微波返回的时间先判断出此时地面存在坡度，通过无人机飞行速度以及微波返回的时间差解算出此时的地面坡度，与当前云台俯仰角度对比，计算云台应调整的角度，实现地面坡度自适应调整功能。
[0024]在一个实施例中，所述无线传输模块将微波雷达的数据传输给云台主控制板，所述云台主控制板通过微波返回的时间解算地面坡度，调整电机转角，使微波雷达与地面保持45
°
俯角，此时云台会重新进入新的自稳状态。
[0025]在一个实施例中，本专利技术还包括指示灯电路，指示灯电路用于显示SD卡是否与卡槽正常连接；所述卡槽位于云台主控制板下方，其槽口与云台主控制板边缘相平。
[0026]在一个实施例中，所述直流电压模块安装于所述云台主控制板，无人机通过分压板为云台提供12V的直流电压，采用DC
‑
DC可调降压模块为云台主控制板提供稳定10V直流电压；所述可调降压DC
‑
DC模块采用了LM2596S降压芯片，输出的纹波较小。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028](1)本专利技术主要通过上臂、下臂与两个三相直流无刷电机实现微波雷达的水平和俯仰调整，结合该云台装置的控制系统，实现姿态保持的功能，有效提高探测效果。
[0029](2)本专利技术可以自主调整云台的角度，然后重新进入新的自稳状态，能够适应平原、丘陵和山地，极大程度上增强了本专利技术的实用性。
[003本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于安装微波雷达的云台装置，其特征在于，所述云台装置固定于无人机的正下方，包括上臂(4)、下臂(10)、云台盒子(9)、减震单元、数据传输单元和姿态调整单元，微波雷达固定于云台盒子(9)的下方；所述减震单元连接上臂(4)与无人机底盘安装架，以实现减震功能；所述数据传输单元包括云台主控制板，将微波雷达采集到的数据实时传输到电脑端；所述姿态调整单元包括三相直流无刷电机一(6)和三相直流无刷电机二(8)，三相直流无刷电机一(6)固定在下臂(10)上，转动轴为Y向，并与云台盒子(9)连接，三相直流无刷电机二(8)固定在上臂(4)的底端，转动轴为X向，并与下臂(10)连接，通过上臂(4)与下臂(10)之间以及下臂(10)与云台盒子(9)之间的相对运动，使得微波雷达在无人机飞行过程中保持入射角与地面为45
°
俯角。2.根据权利要求1所述用于安装微波雷达的云台装置，其特征在于，所述上臂(4)呈倒L型，其顶部的水平臂用于与减震单元连接，所述下臂(10)呈水平放置的L型，其一臂外侧与所述三相直流无刷电机二(8)的转动轴连接，另一臂内侧固定所述三相直流无刷电机一(6)。3.根据权利要求1或2所述用于安装微波雷达的云台装置，其特征在于，所述减震单元包括上减震板(1)、下减震板(3)和若干减震柱(2)，所述若干减震柱(2)连接于上减震板(1)和下减震板(3)之间，所述上减震板(1)与所述无人机底盘安装架固定连接，所述下减震板(3)与所述上臂(4)固定连接。所述上减震板通过四个减震柱与下减震板固定。4.根据权利要求1所述用于安装微波雷达的云台装置，其特征在于，所述云台盒子(9)外形为长方体状，内部中空，所述云台主控制板固定于云台盒子(9)内部。5.权利要求1所述用于安装微波雷达的云台装置的控制系统，其特征在于，包括姿态采集模块、无线传输模块、电源模块和直流稳压模块；所述云台主控制板包括MCU处理电路、电机驱动电路以及串口和通信电路；所述姿态采集模块，用于测量微波雷达的俯仰角和线加速度；所述无线传输模块，用于将微波雷达采集的数据传输至云台主控制板，云台主控制板将数据传输至电脑端；所述电源模块及直流稳压模块，用于为云台主控制板提供稳定直流电压；所述MCU处理电路，与所述姿态采集模块连接，接收其测量数据，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹培，王道伟，李凭阳，钟定云，袁家宏，林明壮，韩文霆，淡煦伽，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：
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