一种用于水质监控无人机的微波雷达装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于水质监控无人机的微波雷达装置，属于无人机应用与水质监控的技术领域。

背景技术：

目前，水质监控无人机作为一种专业级环保无人机。能够实现任何无遮挡水源地的自动化收集采样，在取水过程中需要实时动态标定取水地点，通过地面显控云台控制和定位装置，完成两公里之内的定点取水任务。在取水过程中，为了防止由于距水面高度过高采集不到水样，或高度过低造成自身损害等情况的发生，需要实时计算无人机与水面的高度，并通过反馈的数据，控制无人机下降取水过程。

目前均采用雷达反馈方法，模拟蝙蝠的定位定距的仿生学原理，实现水面定高悬停达到厘米精度，保证取水过程的准确性以及安全性，但由于现代社会中，各种无线信号错综复杂，无线通讯的技术手段多种多样，各种信号之间的信号干涉或外界因素干扰，容易影响无人机雷达测距装置的精确程度，为解决上述环境干扰因素，本实用新型设计了一种微波雷达装置，有效避免了环境波对探测雷达的干扰。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题，提供了一种用于水质监控无人机的微波雷达装置。

本实用新型的技术方案：

一种用于水质监控无人机的微波雷达装置，包括主运动云台1、微波雷达测距机构2、图像监控反馈系统3和雷达防护壳4，雷达防护壳4与主运动云台1连接安装，雷达防护壳4内固定安装有微波雷达测距机构2和图像监控反馈系统3，所述的图像监控反馈系统3为无线移动图像传输系统，所述的主运动云台1为通用型环保监控无人机。

优选的：所述的主运动云台1控制微波雷达测距机构2与图像监控反馈系统3与水平面平行。

优选的：所述的微波雷达测距机构2包括驱动电源、湿敏检测装置、主控器、微波接收装置和微波发送装置；湿敏检测装置的输出端与驱动电源连接，驱动电源的输出端与主控器建立供电连接；微波接收装置和微波发送装置分别与主控器连接；所述的主控器为msp430型单片机。

优选的：所述的微波发送装置包括振荡器、波形调整模块、修正器、数字模拟信号转换器d/a、微波振荡器和微波发射器，振荡器的输出端与波形调整模块的输入端连接，波形调整模块的输出端分别与修正器的输入端和msp430型单片机的输入端连接，修正器的输出端与数字模拟信号转换器d/a的输入端连接，数字模拟信号转换器d/a的输出端与微波振荡器的输入端连接，微波振荡器的输出端与微波发射器的输入端连接。

优选的：所述的振荡器包括微波固态震荡源，微波固态震荡源包括晶体振荡器、体效应管和波导型变容管，体效应管和波导型变容管分别与晶体振荡器连接形成微波固态震荡源，所述的晶体振荡器的型号为sm5010fn。

优选的：所述的微波接收装置包括微波接收器、放大器、滤波器、放大整形器和微波检测器，微波接收器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与放大整形器的输入端连接，放大整形器的输出端分别于微波检测器和msp430型单片机连接，微波检测器的输出端与msp430型单片机的输入端连接，msp430型单片机的输出端分别与滤波器和外接显示器连接。

优选的：所述的微波发送装置发出的波长为1mm～1000mm。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型涉及一种用于水质监控无人机的微波雷达装置，该装置在水质监控无人机到达指定点位后，通过微波雷达装置在一定悬停高度下，微波发射器发出的波通过微波接收器接收后经过msp430型单片机对反射波频移量的计算，得出目标水面的垂直高度，然后控制无人机下降到达指定高度，完成采集水样任务。同时，无线移动图像传输系统通过摄像头对目标水面的图像监测，避免水面出现微波的运动反射体引起的距离判断误差。此外，该装置的结构设计简单合理；通过微波雷达使测距更精准，可实现水面定高悬停控制到以厘米单位的精度范围内；可避免无人机在飞行过程中，因工作高度判定误差造成损坏。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是微波雷达测距机构的结构示意图；

图3是微波接收装置和微波发送装置与主控器连接的结构示意图；

图4是微波固态震荡源的结构示意图；

图中1-主运动云台，2-微波雷达测距机构，3-图像监控反馈系统，4-雷达防护壳。

具体实施方式

结合附图1至图3说明本实用新型具体实施方式：本实用新型一种用于水质监控无人机的微波雷达装置，如图1所示，该装置包括主运动云台1、微波雷达测距机构2、图像监控反馈系统3和雷达防护壳4，雷达防护壳4与主运动云台1连接安装，雷达防护壳4内固定安装有微波雷达测距机构2和图像监控反馈系统3，所述的图像监控反馈系统3为无线移动图像传输系统，所述的主运动云台1为通用型环保监控无人机。如此设置，在环保监控无人机到达指定点位后，通过微波雷达装置在一定悬停高度下，通过接收到的反射波频移量的计算和智能滤波算法，得出目标水面的垂直高度，并通过反馈的数据，控制无人机下降到达指定高度，完成采集水样任务。

所述的主运动云台1控制微波雷达测距机构2与图像监控反馈系统3与水平面平行。如此设置，主运动云台1为通用型环保监控无人机，可通过监控无人机自有的控制系统，使得微波雷达以及监控系统的摄像头始终与水平面平行。

如图2所示，所述的微波雷达测距机构2包括驱动电源、湿敏检测装置、主控器、微波接收装置和微波发送装置；湿敏检测装置的输出端与驱动电源连接，驱动电源的输出端与主控器建立供电连接；微波接收装置和微波发送装置分别与主控器连接；所述的主控器为msp430型单片机。如此设置，微波雷达测距机构2将微波接受装置和微波发送装置合置在一起，并使用msp430型单片机作为主控器，继而控制无人机下降到达指定高度，实现采集水样任务的完成。湿敏检测装置可以是湿敏电阻或者是湿敏传感器。

如图3所示，所述的微波发送装置包括振荡器、波形调整模块、修正器、数字模拟信号转换器d/a、微波振荡器和微波发射器，振荡器的输出端与波形调整模块的输入端连接，波形调整模块的输出端分别与修正器的输入端和msp430型单片机的输入端连接，修正器的输出端与数字模拟信号转换器d/a的输入端连接，数字模拟信号转换器d/a的输出端与微波振荡器的输入端连接，微波振荡器的输出端与微波发射器的输入端连接。如图4所示，所述的振荡器包括微波固态震荡源，微波固态震荡源包括晶体振荡器、体效应管和波导型变容管，体效应管和波导型变容管分别与晶体振荡器连接形成微波固态震荡源，所述的晶体振荡器的型号为sm5010fn。如此设置，振荡器使用体效应管作微波固态振荡源，通过与波导型变容管的组合，形成小型的微波信号的发射源。振荡器形成的微波信号通过波形调整模块、修正器、数字模拟信号转换器d/a和微波振荡器处理后通过微波发射器发出。微波发送装置发出的微波信号到达水面后反弹，通过微波接收装置接收。

如图3所示，所述的微波接收装置包括微波接收器、放大器、滤波器、放大整形器和微波检测器，微波接收器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与放大整形器的输入端连接，放大整形器的输出端分别于微波检测器和msp430型单片机连接，微波检测器的输出端与msp430型单片机的输入端连接，msp430型单片机的输出端分别与滤波器和外接显示器连接。如此设置，微波发送装置发出的微波信号到达水面后反弹，通过微波接收器接收后经过放大器、滤波器、放大整形器和微波检测器处理后传输给msp430型单片机，msp430型单片机对反射波频移量的计算，得出目标水面的垂直高度，并通过微波检测器反馈的数据，控制无人机下降到达指定高度，完成采集水样任务。

所述的微波发送装置发出的微波波长为1mm～1000mm。如此设置，将微波收、发设备合置的雷达探测器，能够发出的波长在1mm～1000mm之间的短波长微波。

本技术方案是这样实现的：首先在环保监控无人机到达采样液面上方后，湿敏检测装置检测到采样液面后，驱动电源开始工作为主控器提供电力输出，主控器控制微波发送装置和微波接收装置工作。微波发送装置的微波固态震荡源产生微波，该微波依次经过，波形调整模块、修整器、数字模拟信号转换器d/a和微波振荡器处理后，通过微波发射器发出，该信号遇到采样液面后反射给微波接收装置。微波接收装置的微波接收器接收到通过采样液面反馈回的微波信号后，依次传输给放大器、滤波器、放大整形器和微波检测器，然后将反馈信号传输给msp430型单片机，msp430型单片机对发射信号和反馈信号进行处理计算，得出目标水面的垂直高度，msp430型单片机将计算结果传输给显示器进行显示。同时，无线移动图像传输系统通过摄像头对目标水面的图像监测，避免水面出现微波的运动反射体引起的距离判断误差。继而实现将环保监无人机水面定高悬停控制到以厘米单位的精度范围内；可避免无人机在飞行过程中，因工作高度判定误差造成损坏。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。