调频连续波雷达无人机自主规避系统的制作方法

本实用新型涉及无人机避障领域，尤其是涉及一种调频连续波雷达无人机自主规避系统。

背景技术：

目前常用的无人机系统，可以利用惯导和GPS系统进行导航和任务规划，或者在大多数任务中依赖专业的无人机操纵人员来对无人机航线上出现的障碍物进行预判并控制无人机做出相应的刹车或规避操作。

然而不管是以上任何一种方法，都存在比较大的局限性，无法满足复杂任务的要求，保证无人机飞行的安全。近年来，出现了许多基于超声，红外，激光等主动式距离传感器的避障方法，也出现了基于视觉的避障方法，能够一定程度上解决无人机避障的问题，但仍然存在一些问题。基于超声的避障，检测距离有限，红外避障容易受环境光的干扰，激光避障检测角度小，同时以上的三种避障方法对于植物等非平面，多反射面物体，检测数据噪声较大。基于视觉的方法，同样存在容易受到环境光照等变化的影响，计算量大，对于单色物体很难进行检测等缺点。

技术实现要素：

为了克服现有无人机避障系统存在的不足，本实用新型提供了一种可适应多种环境和障碍物的全方位调频连续波雷达无人机自主规避系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种调频连续波雷达无人机自主规避系统，包括智能雷达模块、用于接收数据并执行命令的中央控制模块、人机交互模块和电源模块，所述智能雷达模块与所述中央控制模块连接，所述中央控制模块分别与所述人机交互模块、无人机连接，所述电源模块与所述中央控制模块电连接；

所述智能雷达模块包括用于检测周围障碍物与无人机的相对距离和相对速度的调频连续波雷达、用于实现调频连续波雷达俯仰轴增稳功能的高速舵机、惯性传感器模块和用于接收、处理分析数据的雷达处理模块，所述调频连续波雷达、惯性传感器模块分别与所述雷达处理模块连接，所述雷达处理模块与所述高速舵机连接，所述调频连续波雷达与所述惯性传感器连接；

所述电源模块为带有信号隔离的电源模块。

进一步，所述人机交互模块包括触控显示屏和LED呼吸灯。

再进一步，所述智能雷达模块设置有四个，四个智能雷达模块分别与所述中央控制模块连接。

本实用新型的有益效果是：

1、调频连续波雷达探测技术受环境温度、天气变化的影响小；相比较激光雷达，成本较小；可以根据任务调节探测距离和探测角度，支持多角度安装，可以实现全方位避障；

2、考虑多旋翼无人机飞行时，机身会产生倾斜，普通的雷达或其他距离传感器，在无人机向前飞行时会测到地面产生误差。因此本系统将IMU传感器集成到了调频连续波雷达模块上，配合高速舵机，实现了紧凑型的俯仰轴增稳，组成了智能雷达模块；同时可以切换智能雷达模块的工作模式，使雷达朝向地面，达到测量无人机飞行高度的作用；

3、根据调频连续波雷达数据的特点，设计实现了基于周围障碍物与无人机的相对速度的无人机避障策略，当障碍物速度大于一定阈值时，采用紧急制动避障，当障碍物以一定距离接近时采用自主规避，与障碍物保持一定距离；

4、提供了人性化的人机交互模块，触摸显示屏方便用户进行参数修改和功能设置。LED呼吸灯可以提醒用户系统的工作模式和异常情况的警示。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是智能雷达模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型。

参照图1和图2，一种调频连续波雷达无人机自主规避系统，包括智能雷达模块、用于接收数据并执行命令的中央控制模块、人机交互模块和电源模块，所述智能雷达模块与所述中央控制模块连接，所述中央控制模块分别与所述人机交互模块、无人机连接，所述电源模块与所述中央控制模块电连接；

所述智能雷达模块包括用于检测周围障碍物与无人机的相对距离和相对速度的调频连续波雷达、用于实现调频连续波雷达俯仰轴增稳功能的高速舵机、惯性传感器模块和用于接收、处理分析数据的雷达处理模块，所述调频连续波雷达、惯性传感器模块分别与所述雷达处理模块连接，所述雷达处理模块与所述高速舵机连接，所述调频连续波雷达与所述惯性传感器连接；

所述电源模块为带有信号隔离的电源模块。

进一步，所述人机交互模块包括触控显示屏和LED呼吸灯。

再进一步，所述智能雷达模块设置有四个，四个智能雷达模块分别与所述中央控制模块连接。

本实施例中，智能雷达模块集成了调频连续波雷达，用于获取周围环境数据，如与障碍物的相对距离或相对速度等，测量距离为10米，测量分辨率为厘米级，水平测量范围为70度，垂直测量范围为45度，考虑到多旋翼无人机飞行过程中会产倾斜，对距离测量造成影响，同时考虑到雷达的复用性，智能雷达模块集成了惯性传感器模块(IMU)，配合高速舵机，可以实现俯仰轴增稳，同时可以切换智能雷达模块的工作模式，使智能雷达模块朝前或者垂直朝下，满足无人机避障或者测量无人机飞行高度的需求；调频连续波雷达具备工作频率高，波长短，天线尺寸小，不但可以探测目标距离，而且可以测定相对速度和方位等特点；调频连续波雷达用于检测周围障碍物与无人机的相对距离；惯性传感器模块用于获取雷达自身姿态；智能雷达处理模块一方面获取雷达数据进行距离和反射率等数据的处理分析，另一方面获取惯性传感器，计算当前雷达姿态，将计算结果传给高速舵机完成俯仰轴增稳；

中央控制模块的型号为STM32F103RCT6，实现了多路智能雷达模块的接入，数据滤波及融合，避障控制及飞控通信，主控采用双ARM架构，将输入输出与数据运算分离，具备处理能力强，低功耗的特点；电源模块，在实际任务中，发现了如果与无人机使用同一电源，会产生影响雷达模块的噪声，因此设计了带有离的电源模块，增强系统的稳定性；人机交互模块为触控显示屏，可以显示无人机的相关数据、障碍物的距离，同时可以用于避障参数设置。LED呼吸灯可以提醒用户系统的工作模式和异常情况的警示。

本实用新型的工作原理为：通过智能雷达模块实时检测周围障碍物相对于无人机的距离和速度，并据此通过中央控制模块自动控制无人机做出刹车或规避动作，同时将距离信息，避障系统工作状态信息通过人机交互模块传递给用户，用户可以根据任务需要设置避障距离，避障力度等参数。