基于无人机的防撞避障系统技术方案

本实用新型专利技术提供的基于无人机的防撞避障系统，线性调频源提供非对称三角波作为发射信号，有效减小接收链路的系统带宽，提高接收链路的灵敏度，降低接收链路的噪声系数，平衡混频器产生的差拍信号经中频放大后由FFT数字处理器转换到频域进行分析，能避免时域混叠，模值器对数据进行求模处理，提高数据处理速度，非相参积累器对各个信号幅度进行非相参积累，提高弱信号的信噪比，恒虚警检测器在混有杂波干扰的目标信号中以最大概率检测出障碍物的距离信号，提高准确率，本实用新型专利技术从信号源的发射到差拍信号的处理均进行了优化，为无人机提供准确的与障碍物的距离信息，大大提高了防撞避障的性能，从而提高无人机运行的可靠性。从而提高无人机运行的可靠性。从而提高无人机运行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机的防撞避障系统


[0001]本技术涉及无人机
，特别是基于无人机的防撞避障系统。

技术介绍

[0002]地质灾害包括山体滑坡、泥石流、地面沉降等，会威胁生命安全和财产安全，会阻碍经济发展和社会稳定。为减少地质灾害的负面影响，现有技术已研制出利用无人机完成地质灾害检测的系统。无人机在复杂多变的野外环境飞行，防撞避障的能力尤为重要。
[0003]在检测过程中，无人机容易受树林、飞鸟、天气变化以及突发障碍的影响而中断检测任务。针对提升无人机的防撞避障性能的问题，现有技术在无人机的机身设置不同数量、不同位置、不同朝向的超声波传感器，用于提高距离探测的准确性，但超声波传感器对障碍物的材质、表面构造有要求，复杂多变的野外环境下障碍物的存在并不确定、不唯一，容易出现错误探测、漏探测以及延迟探测的情形，影响无人机运行的可靠性。

技术实现思路

[0004]本技术提供基于无人机的防撞避障系统，为解决现有技术存在的无人机运行可靠性低的问题提供硬件支持。
[0005]本技术通过以下技术方案解决技术问题：
[0006]基于无人机的防撞避障系统,包括距离探测模块和信号处理模块；
[0007]所述距离探测模块包括线性调频源、倍频器、功分器、功率放大器、发射天线、接收天线、低噪声放大器、平衡混频器、带通滤波器以及中频放大器；
[0008]所述线性调频源的输出端与所述倍频器的输入端连接；所述倍频器的输出端与所述功分器的输入端连接；所述功分器的一路输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的输出端与所述发射天线连接；所述发射天线发出的信号遇外部障碍物后发生反射，产生回波信号；所述接收天线接收所述回波信号，并输入至所述低噪声放大器；所述低噪声放大器的输出端与所述平衡混频器的一路输入端连接，所述功分器的另一路输出端与所述平衡混频器的另一路输入端连接，所述平衡混频器的输出端与所述带通滤波器的输入端连接；所述带通滤波器的输出端与所述中频放大器的输入端连接；所述中频放大器的输出端与所述信号处理模块连接；
[0009]所述信号处理模块包括模数转换器、FFT数字处理器、模值器、非相参积累器以及恒虚警检测器；
[0010]所述模数转换器的输入端与所述中频放大器的输出端连接，所述模数转换器的输出端与所述FFT数字处理器的输入端连接；所述FFT数字处理器的输出端与所述模值器的输入端连接；所述模值器的输出端与所述非相参积累器的输入端连接；所述非相参积累器的输出端与所述恒虚警检测器的输入端连接；所述恒虚警检测器的输出端与外部飞控系统连接。
[0011]进一步地，所述线性调频源包括控制器、晶振器、环路滤波器、频率合成器、微带带
通滤波器；所述晶振器的输出端与所述频率合成器的一个输入端连接；所述控制器与所述频率合成器的另一路输入端连接，所述频率合成器与所述环路滤波器双向连接，所述频率合成器的输出端经所述微带带通滤波器与所述倍频器的输入端连接。
[0012]进一步地，所述线性调频源的带宽为大于等于180MHz。
[0013]进一步地，所述线性调频源的调制周期为300μs。
[0014]进一步地，所述线性调频源的上下扫频调制斜率比为5:1。
[0015]本技术的优点与效果是：
[0016]距离探测模块的发射链路提供非对称三角波作为发射信号，能有效减小接收链路的系统带宽，提高接收链路的灵敏度，降低接收链路的噪声系数，线性调频源通过与倍频器结合获取所需的频段，能满足高采样率、高数据率的需求，回波信号与发射信号混频后获得差拍信号，差拍信号经中频放大后由FFT数字处理器转换到频域进行分析，能避免时域混叠，模值器对数据进行求模处理，能提高数据处理速度，非相参积累器对各个信号幅度进行非相参积累，能提高弱信号的信噪比，恒虚警检测器在混有杂波干扰的目标信号中以最大概率检测出障碍物的距离信号，能提高准确率，本技术从信号源的发射到差拍信号的处理均进行了优化，为无人机提供准确的与障碍物的距离信息，大大提高了防撞避障的性能，为提高无人机运行的可靠性提供了硬件支持。
附图说明
[0017]图1为本技术的结构原理框图。
[0018]图2为线性调频源的结构原理框图。
具体实施方式
[0019]以下结合实施例对本技术作进一步说明，但本技术并不局限于这些实施例。
[0020]无人机装置包括姿态识别系统、防撞避障系统、飞控系统和执行系统。姿态识别系统通常包括加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计等模块，用于获取无人机本体的姿态和高度。防撞避障系统通常包括距离探测模块和信号处理模块，用于探测无人机本体与障碍物的距离。飞控系统通常包括嵌入式模块和地面站，用于处理姿态识别系统和防撞避障系统的数据，经分析、处理之后向执行系统发送指令，通过执行系统控制无人机本体的姿态和航向。
[0021]本技术提供的基于无人机的防撞避障系统,包括距离探测模块和信号处理模块；所述距离探测模块包括线性调频源、倍频器、功分器、功率放大器、发射天线、接收天线、低噪声放大器、平衡混频器、带通滤波器以及中频放大器；所述线性调频源的输出端与所述倍频器的输入端连接；所述倍频器的输出端与所述功分器的输入端连接；所述功分器的一路输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的输出端与所述发射天线连接；所述发射天线发出的信号遇外部障碍物后发生反射，产生回波信号；所述接收天线接收所述回波信号，并输入至所述低噪声放大器；所述低噪声放大器的输出端与所述平衡混频器的一路输入端连接，所述功分器的另一路输出端与所述平衡混频器的另一路输入端连接，所述平衡混频器的输出端与所述带通滤波器的输入端连接；所述带通滤波器的输出端与所述中频放大器的输入端连接；所述中频放大器的输出端与所述信号处理模块连接；所
述信号处理模块包括模数转换器、FFT数字处理器、模值器、非相参积累器以及恒虚警检测器；所述模数转换器的输入端与所述中频放大器的输出端连接，所述模数转换器的输出端与所述FFT数字处理器的输入端连接；所述FFT数字处理器的输出端与所述模值器的输入端连接；所述模值器的输出端与所述非相参积累器的输入端连接；所述非相参积累器的输出端与所述恒虚警检测器的输入端连接；所述恒虚警检测器的输出端与外部飞控系统连接。本技术的结构原理框图如图1所示。
[0022]所述线性调频源包括控制器、晶振器、环路滤波器、频率合成器、微带带通滤波器；所述晶振器的输出端与所述频率合成器的一个输入端连接；所述控制器与所述频率合成器的另一路输入端连接，所述频率合成器与所述环路滤波器双向连接，所述频率合成器的输出端经所述微带带通滤波器与所述倍频器的输入端连接。线性调频源的结构原理框图如图2所示。
[0023]晶振器为频率合成器提供参考频率，综合考虑相位噪声和频率杂散度，本技术晶振器的频率选择50MHz。频率合成器为宽带频率合成器，在控制器的控制下产生线性的非对称三角波。环路滤波器为三阶环路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无人机的防撞避障系统,其特征在于：包括距离探测模块和信号处理模块；所述距离探测模块包括线性调频源、倍频器、功分器、功率放大器、发射天线、接收天线、低噪声放大器、平衡混频器、带通滤波器以及中频放大器；所述线性调频源的输出端与所述倍频器的输入端连接；所述倍频器的输出端与所述功分器的输入端连接；所述功分器的一路输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的输出端与所述发射天线连接；所述发射天线发出的信号遇外部障碍物后发生反射，产生回波信号；所述接收天线接收所述回波信号，并输入至所述低噪声放大器；所述低噪声放大器的输出端与所述平衡混频器的一路输入端连接，所述功分器的另一路输出端与所述平衡混频器的另一路输入端连接，所述平衡混频器的输出端与所述带通滤波器的输入端连接；所述带通滤波器的输出端与所述中频放大器的输入端连接；所述中频放大器的输出端与所述信号处理模块连接；所述信号处理模块包括模数转换器、FFT数字处理器、模值器、非相参积累器以及恒虚警检测器；所述模数转换器的输入端与所述中频放大器的输出端连接，所述模数转换器的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：范霞，黄平，王文仪，马馨海，
申请(专利权)人：桂林师范高等专科学校，
类型：新型
国别省市：