[发明专利]一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器

说明书

技术领域

本发明属于飞行环境障碍探测领域，具体涉及一种实现全方位距离测量的、碰撞检测和预警的用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。

背景技术

由于无人飞行器飞行的城市环境越来越复杂，无人机数据采集难度大大增加，对机载超声波敏感器的探测也提出了更高的要求。常规机载超声波探测器采用固定的单个超声波发射器和接收器采集数据，通过单片机对数据进行处理。这使得在某一瞬时，飞行器只能获得单一方向的障碍情况；同时，传统的机载超声波探测器对周围的环境距离进行测量时，需要调整飞行器姿态，不仅加大了操作难度，而且缺乏可靠性。常规超声波探测器通过多次调整飞行器姿态寻找目标，操作性差。

发明内容

本发明的目的是解决单个固定机载超声波探测器在故障检测、距离测量、目标寻找中操作性差的问题，提供一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。

本发明的目的是这样实现的：

用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口：

单片机1输入端与多路选择开关2、温度补偿计7；输出端与多路选择开关2、接口6相连；多路选择开关2与单片机1、升压电路3、放大电路8相连；升压电路3的输入端与多路选择开关2相连；输出端与超声波发射探头4相连；超声波发射探头4的输入端与升压电路3相连；超声波接收探头5的输出端与放大电路8相连；接口6的输入端与单片机1相连；温度补偿计7的输出端与单片机1相连；放大电路8的输入端与超声波接收探头5相连；输出端与多路选择开关2相连。

超声波发射探头、超声波接收探头由12个，多路选择包括24个开关，其中11个开关分别与放大电路的输出端相连，11个开关与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出端与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进入12个超声波发射探头，转化为超声波向周围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12个接收探头接收到反射波，将超声波转化为微弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放大，放大之后的电信号经由多路选择开关进入单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断那些方向有超声波反射回来，证明该方向环境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间，计算环境障碍物与飞行器之间的距离：

s_i＝165.75t_i i＝1,2,...,n

式中s_i为采样点，以飞行器为圆心，以正北方向为起点的360°方向采集n+1个点，分别为

s₀,s₁,s₂,…s_n，利用拉格朗日插值法对n+1个离散点进行函数拟合，得到飞行器周围距离：

L_n(θ)＝s₀L₀(θ)+s₁L₁(θ)+…+s_nL_n(θ)。

温度补偿电路7的输出端与单片机1，所述的超声波发射探头、超声波接收探头由12个，多路选择包括24个开关，其中11个开关分别与放大电路的输出端相连，11个开关与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出端与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进入12个超声波发射探头，转化为超声波向周围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12个接收探头接收到反射波，将超声波转化为微弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放大，放大之后的电信号经由多路选择开关进入单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断那些方向有超声波反射回来，证明该方向环境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间，计算环境障碍物与飞行器之间的距离：

式中s_i为采样点，以飞行器为圆心，以正北方向为起点的360°方向采集n+1个点，分别为s₀,s₁,s₂,…s_n，利用拉格朗日插值法对n+1个离散点进行函数拟合，得到飞行器周围距离：