无人机避障控制方法、雷达系统及无人机与流程

本发明实施例涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机避障控制方法、雷达系统及无人机。

背景技术：

现有技术中无人机通常设置有探测设备，该探测设备用于探测无人机周围的物体，例如探测无人机周围的障碍物，避免无人机与障碍物发生碰撞。

现有技术中，无人机上搭载的探测设备通常包括视觉传感器和超声波传感器。视觉传感器的分辨率较高，但是视觉传感器容易受环境影响，在能见度不高的环境下，视觉传感器的探测距离将会受到限制。超声波传感器受环境影响小，但是超声波传感器的探测距离短，分辨率低。

因此，现有技术中缺乏一种既不受环境影响，且分辨率高、探测距离远的探测方法。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种无人机避障控制方法、雷达系统及无人机，以实现不受环境影响，且分辨率高、探测距离远的探测方法。

本发明实施例的第一方面是提供一种无人机避障控制方法，所述无人机包括雷达系统，所述雷达系统包括雷达探测设备和转动装置，所述转动装置设置在所述无人机的机身，所述转动装置上搭载有所述雷达探测设备；所述方法包括：

控制所述转动装置连续转动，以使所述转动装置带动所述雷达探测设备连续转动；

获取所述雷达探测设备在连续转动时的探测信息；

根据所述探测信息，控制所述无人机飞行。

本发明实施例的第二方面是提供一种雷达系统，包括：雷达探测设备和转动装置；其中，

所述转动装置设置在无人机的机身；

所述转动装置上搭载有所述雷达探测设备，且所述转动装置带动所述雷达探测设备连续转动；

其中，在所述转动装置带动所述雷达探测设备连续转动时，所述雷达探测设备扫描探测所述无人机周围的障碍物。

本发明实施例的第三方面是提供一种无人机，包括：

机身；

动力系统，安装在所述机身，用于提供飞行动力；

飞行控制器，与所述动力系统通讯连接，用于控制所述无人机飞行；以及

雷达系统，所述雷达系统包括雷达探测设备和转动装置，所述转动装置设置在所述无人机的机身，所述转动装置上搭载有所述雷达探测设备；

所述飞行控制器用于：

控制所述转动装置连续转动，以使所述转动装置带动所述雷达探测设备连续转动；

获取所述雷达探测设备在连续转动时的探测信息；

根据所述探测信息，控制所述无人机飞行。

本实施例提供的无人机避障控制方法、雷达系统及无人机，通过无人机控制雷达系统的转动装置，使转动装置连续转动，在转动装置连续转动的过程中，转动装置带动雷达系统的雷达探测设备连续转动，无人机根据雷达探测设备在连续转动时的探测信息控制无人机飞行，通过雷达探测设备连续转动，可探测到距离更远、范围更广的区域，连续旋转扫描雷达对环境适应能力强，并且扫描分辨率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无人机包括的雷达系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的无人机包括的雷达系统的结构图；

图3为本发明实施例提供的无人机设置有雷达系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的无人机设置有雷达系统的示意图；

图5为本发明实施例提供的无人机设置有雷达系统的示意图；

图6为本发明实施例提供的无人机避障控制方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的数字波束形成dbf的示意图；

图8为本发明实施例提供的第一射频天线扫描的示意图；

图9为本发明实施例提供的无人机避障的示意图；

图10为本发明实施例提供的无人机设置有雷达系统的示意图；

图11为本发明实施例提供的无人机地形跟随的示意图；

图12为本发明实施例提供的无人机的结构图。

附图标记：

11-雷达系统12-雷达探测设备13-转动装置

121-控制电路板122-第一射频天线123-第二射频天线

131-转台132-电调板133-接口板

30-无人机80-xoy平面81-扫描波束

82-扫描波束1200-无人机10-转动轴

1207-电机1206-螺旋桨1217-电子调速器

1218-飞行控制器1208-雷达系统1210-通信系统

1202-支撑设备1204-拍摄设备1212-地面站

1214-天线1216-电磁波

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供一种无人机避障控制方法。图1为本发明实施例提供的无人机包括的雷达系统的结构图。图2为本发明实施例提供的无人机包括的雷达系统的结构图。图3为本发明实施例提供的无人机设置有雷达系统的示意图。图4为本发明实施例提供的无人机设置有雷达系统的示意图。

如图1所示，雷达系统11包括雷达探测设备12和转动装置13，转动装置13设置在所述无人机的机身，转动装置13上搭载有雷达探测设备12。

可选的，雷达探测设备12包括控制电路板121和至少一个射频天线，控制电路板121和至少一个射频天线电连接。具体的，雷达探测设备12包括控制电路板121、第一射频天线122和第二射频天线123；控制电路板121位于第一射频天线122和第二射频天线123之间。

如图1所示，控制电路板121的板面与第一射频天线122的板面平行，控制电路板121的板面与第二射频天线123的板面平行。

在一些实施例中，所述射频天线的板面与所述控制电路板的板面之间的夹角为预设角度。如图2所示，控制电路板121的板面与第一射频天线122的板面成预设角度，控制电路板121的板面与第二射频天线123的板面成预设角度。

另外，如图1或图2所示，转动装置13包括：转台131、电调板132、接口板133；转台131用于承载所述雷达探测设备；电调板132与电机电连接，用于驱动电机转动，并且控制所述电机的转动状态，所述电机用于带动所述转台转动；接口板133与所述电调板或/及所述探测设备电连接，所述接口板用于外部线路进行电连接。

雷达系统11在无人机上的安装方式可以有如下几种可能的情况：

一种可能的情况是：如图3所示，雷达系统11垂直安装在无人机30的机身上方，此时，雷达系统11的转动轴10与无人机30的偏航轴平行。此时，雷达系统11相对于无人机30的姿态如图1或图2所示，此处以图2为例，即控制电路板121的板面与第一射频天线122的板面成预设角度，控制电路板121的板面与第二射频天线123的板面成预设角度。

另一种可能的情况是：如图4所示，雷达系统11水平安装在无人机30的机身下方，此时，雷达系统11的转动轴与无人机30的偏航轴垂直。此时，雷达系统11相对于无人机30的姿态如图5所示，在其他实施例中，在图5的基础上，控制电路板121的板面与第一射频天线122的板面还可以成预设角度，控制电路板121的板面与第二射频天线123的板面还可以成预设角度。

图6为本发明实施例提供的无人机避障控制方法的流程图。如图6所示，本实施例中的方法，可以包括：

步骤s601、控制所述转动装置连续转动，以使所述转动装置带动所述雷达探测设备连续转动。

本实施例方法的执行主体可以是无人机的飞行控制器，也可以是其他通用或者专用的处理器，在本实施例中以飞行控制器来作示意性说明。

如图1-图5所示，无人机30的飞行控制器可以控制转动装置13连续转动，转动装置13在连续转动时，带动雷达探测设备12连续转动，当雷达探测设备12在连续转动时，可以对无人机30周围的障碍物进行检测。例如，图3所示，雷达系统11可以对无人机30周围360度范围内的障碍物进行扫描。

步骤s602、获取所述雷达探测设备在连续转动时的探测信息。

在雷达探测设备12连续转动的过程中，无人机30的飞行控制器可实时获取雷达探测设备12的探测信息，例如图3所示，雷达系统11可以检测出无人机30前方的障碍物、后方的障碍物、上方的障碍物，并且还可以检测出该障碍物相对于无人机30的距离、速度、方向、高度等信息。

步骤s603、根据所述探测信息，控制所述无人机飞行。

进一步的，无人机30的飞行控制器可根据雷达探测设备12的探测信息，控制无人机30飞行，例如，控制无人机30避开障碍物。

可选的，所述雷达探测设备通过数字波束形成dbf探测所述无人机周围的目标物体。如图7所示，雷达探测设备12发出的光束具体可以是数字波束形成(digitalbeamforming，简称dbf)，基于dbf的连续旋转扫描雷达对环境适应能力强，并且扫描分辨率满足绕障需求。

可选的，所述无人机包括农业无人机。也就是说，本实施例所述的雷达系统11具体可以适用于农业无人机。在其他实施例中，除农业无人机之外的其他无人机也可以应用该雷达系统11。

本实施例通过无人机控制雷达系统的转动装置，使转动装置连续转动，在转动装置连续转动的过程中，转动装置带动雷达系统的雷达探测设备连续转动，无人机根据雷达探测设备在连续转动时的探测信息控制无人机飞行，通过雷达探测设备连续转动，可探测到距离更远、范围更广的区域，连续旋转扫描雷达对环境适应能力强，并且扫描分辨率高。

本发明实施例提供一种无人机避障控制方法。在图6所示实施例的基础上，所述雷达探测设备通过所述转动装置垂直安装在所述无人机的机身上方；所述雷达探测设备的转动轴与所述无人机的偏航轴平行。

如图3所示，雷达系统11垂直安装在无人机30的机身上方，此时，雷达系统11的转动轴10与无人机30的偏航轴平行。此时，雷达系统11相对于无人机30的姿态如图1或图2所示，此处以图2为例，即控制电路板121的板面与第一射频天线122的板面成预设角度，控制电路板121的板面与第二射频天线123的板面成预设角度。

在图3的基础上，如图8所示，80表示无人机的机体坐标系的xoy平面，122表示雷达系统11的第一射频天线，81表示垂直于第一射频天线122平面的扫描波束，箭头82表示与波束81成预设角度的扫描波束。此处只是示意性说明，并不限定第一射频天线122发射的波束的形状和范围。当无人机的俯仰角为0时，机体坐标系的xoy平面与水平面平行，当无人机的俯仰角不为0时，机体坐标系的xoy平面与水平面成一定的角度，α和β分别表示无人机的俯仰角，俯仰角α的角度小于俯仰角β的角度。根据图8可知，当无人机的机体坐标系的x轴位于过坐标原点的水平面之下时，随着无人机俯仰角角度的增加，第一射频天线122可扫描到的地面的范围不断增加。

可选的，所述雷达探测设备用于探测所述无人机前方障碍物、后方障碍物、上方障碍物中的至少一种。

可选的，所述探测信息包括如下至少一种：所述障碍物相对于所述无人机的距离、速度、方向、高度。

如图3所示，雷达系统11可以检测出无人机30前方的障碍物、后方的障碍物、上方的障碍物，并且还可以检测出该障碍物相对于无人机30的距离、速度、方向、高度等信息。

在本实施例中，所述根据所述探测信息，控制所述无人机飞行，包括如下几种可行的实现方式：

一种可行的实现方式是：根据所述探测信息，控制所述无人机避开所述障碍物。所述控制所述无人机避开所述障碍物之后，还包括：控制所述无人机返回预设航线。如图9所示，当雷达系统检测到无人机前方的障碍物时，飞行控制器根据雷达探测设备在连续转动时的探测信息，控制无人机避开障碍物，并在避开障碍物之后，控制无人机返回预设航线继续飞行。

另一种可行的实现方式是：根据所述探测信息，调整预设规划的航线或/及农业作业的规划信息；控制所述无人机，按照调整后的航线或/及农业作业的规划信息继续飞行作业。

具体的，飞行控制器还可以根据雷达探测设备在连续转动时的探测信息，调整农业无人机作业时的航线，例如航线的长度、宽度、间距等。或/及调整农业无人机作业时的规划信息，例如，喷洒路线、喷洒时间等，当飞行控制器调整农业无人机作业时的航线或/及调整农业无人机作业时的规划信息之后，控制农业无人机按照调整后的航线或/及规划信息继续飞行作业。

本实施例通过雷达探测设备通过所述转动装置垂直安装在所述无人机的机身上方，以探测无人机前方障碍物、后方障碍物、上方障碍物中的至少一种，飞行控制器根据雷达探测设备的探测信息，控制无人机避障，提高了无人机飞行的安全性，或者，飞行控制器还可以根据雷达探测设备的探测信息调整无人机的作业航线、作业规划信息等，实现了对无人机作业控制的灵活性。

本发明实施例提供一种无人机避障控制方法。在图6所示实施例的基础上，所述雷达探测设备通过所述转动装置水平安装在所述无人机的机身下方；所述雷达探测设备的转动轴与所述无人机的偏航轴垂直。

如图4所示，雷达系统11水平安装在无人机30的机身下方，此时，雷达系统11的转动轴与无人机30的偏航轴垂直。此时，雷达系统11相对于无人机30的姿态如图5所示，在其他实施例中，在图5的基础上，控制电路板121的板面与第一射频天线122的板面还可以成预设角度，控制电路板121的板面与第二射频天线123的板面还可以成预设角度。

可选的，所述雷达探测设备的最大探测方向和所述无人机的偏航轴方向成预设角度。

可选的，所述探测信息包括如下至少一种：所述无人机距离地面的高度、所述预设角度内所述无人机下方地面的地形。如图10所示，当雷达系统11水平安装在无人机30的机身下方时，雷达系统11可用于检测无人机距离地面的高度h，以及预设角度δ内无人机下方地面的地形，本实施例并不限定δ的范围。

在本实施例中，所述根据所述探测信息，控制所述无人机飞行，包括如下几种可行的实现方式：

一种可行的实现方式是：根据所述无人机距离地面的高度，控制所述无人机的飞行高度。具体的，无人机的飞行控制器可以根据雷达系统11检测到的无人机距离地面的高度h，控制无人机的飞行高度。

另一种可行的实现方式是：根据所述预设角度内所述无人机下方地面的地形，控制所述无人机进行地形跟随。

如图11所示，无人机30具体可以是农业无人机，当该农业无人机在如图11所示的坡地作业时，无人机的飞行控制器可以根据雷达系统11检测到的无人机距离地面的高度h，以使无人机的飞行高度保持在预设的高度范围内，以控制无人机进行地形跟随。

此外，飞行控制器在控制无人机进行地形跟随时，还可以控制无人机上升加速度。例如，无人机上升加速度为a，地形角度为α1，雷达系统相对于地面的角度为α2，无人机的水平速度为vhs，雷达测量斜距离为l，当雷达测量斜距离为l/2时，无人机上升速度为vvs＝tanα1*vhs,否则，无人机会与地面发生碰撞。无人机的反应时间trd，也就是雷达测量斜距离由l变为l/2的时间。在反应时间trd内，无人机需要将爬升速度由0提升到vvs，因此，要求无人机上升加速度为另外，则

本实施例通过雷达探测设备通过所述转动装置水平安装在无人机的机身下方，以探测无人机距离地面的高度、预设角度内无人机下方地面的地形，飞行控制器根据雷达探测设备的探测信息，控制无人机的飞行高度，控制无人机进行地形跟随，提高了农业无人机在作业时的安全性。

本发明实施例提供一种雷达系统。如图1、图2、图3、图5，雷达系统11包括雷达探测设备12和转动装置13；其中，转动装置13设置在无人机的机身；转动装置13上搭载有雷达探测设备12，且转动装置13带动雷达探测设备12连续转动；其中，在转动装置13带动雷达探测设备12连续转动时，雷达探测设备12扫描探测所述无人机周围的障碍物。

可选的，所述雷达探测设备包括控制电路板和至少一个射频天线，所述控制电路板和所述至少一个射频天线电连接。

可选的，所述射频天线的板面与所述控制电路板的板面之间的夹角为预设角度。

可选的，所述雷达探测设备包括控制电路板、第一射频天线和第二射频天线，所述控制电路板位于所述第一射频天线和所述第二射频天线之间。

可选的，所述转动装置包括：转台，用于承载所述雷达探测设备；电调板，与电机电连接，用于驱动电机转动，并且控制所述电机的转动状态，所述电机用于带动所述转台转动；接口板，与所述电调板或/及所述探测设备电连接，所述接口板用于外部线路进行电连接。

可选的，所述雷达探测设备通过数字波束形成dbf探测所述无人机周围的目标物体。

雷达系统11在无人机上的安装方式可以有如下几种可能的情况：

一种可能的情况是：雷达探测设备通过所述转动装置垂直安装在所述无人机的机身上方；所述雷达探测设备的转动轴与所述无人机的偏航轴平行。具体如图3所示，此处不再赘述。

可选的，所述雷达探测设备用于探测所述无人机前方障碍物、后方障碍物、上方障碍物中的至少一种。

可选的，所述雷达探测设备的探测信息包括如下至少一种：所述障碍物相对于所述无人机的距离、速度、方向、高度。

另一种可能的情况是：所述雷达探测设备通过所述转动装置水平安装在所述无人机的机身下方；所述雷达探测设备的转动轴与所述无人机的偏航轴垂直。具体如图4所示，此处不再赘述。

可选的，所述雷达探测设备的最大探测方向和所述无人机的偏航轴方向成预设角度。

可选的，所述探测信息包括如下至少一种：所述无人机距离地面的高度、所述预设角度内所述无人机下方地面的地形。

本发明实施例提供的雷达系统的具体原理和实现方式均与图6所示实施例类似，此处不再赘述。

本实施例通过无人机控制雷达系统的转动装置，使转动装置连续转动，在转动装置连续转动的过程中，转动装置带动雷达系统的雷达探测设备连续转动，无人机根据雷达探测设备在连续转动时的探测信息控制无人机飞行，通过雷达探测设备连续转动，可探测到距离更远、范围更广的区域，连续旋转扫描雷达对环境适应能力强，并且扫描分辨率高。

本发明实施例提供一种无人机。图12为本发明实施例提供的无人机的结构图，如图12所示，无人机1200包括：机身、动力系统、飞行控制器1218和雷达系统1208，所述动力系统包括如下至少一种：电机1207、螺旋桨1206和电子调速器1217，动力系统安装在所述机身，用于提供飞行动力；飞行控制器1218与所述动力系统通讯连接，用于控制所述无人机飞行。

在本实施例中，雷达系统1208的具体原理和实现方式均与上述实施例类似，此处不再赘述。

飞行控制器1218的具体原理和实现方式均与上述实施例类似，此处不再赘述。

另外，如图12所示，无人机1200还包括：通信系统1210、支撑设备1202、拍摄设备1204，其中，支撑设备1202具体可以是云台，通信系统1210具体可以包括接收机，接收机用于接收地面站1212的天线1214发送的无线信号，1216表示接收机和天线1214通信过程中产生的电磁波。

本实施例通过无人机控制雷达系统的转动装置，使转动装置连续转动，在转动装置连续转动的过程中，转动装置带动雷达系统的雷达探测设备连续转动，无人机根据雷达探测设备在连续转动时的探测信息控制无人机飞行，通过雷达探测设备连续转动，可探测到距离更远、范围更广的区域，连续旋转扫描雷达对环境适应能力强，并且扫描分辨率高。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。