[发明专利]旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及一种旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置。

背景技术

近几年，随着技术的不断发展，民用小型旋翼无人机价格越来越低，被广泛用于航拍、电影拍摄、农药喷洒、现场救援、大地遥感测绘、高压线电网巡视等领域。但是因为旋翼无人机低空飞行时易发生与障碍物之间的碰撞，导致旋翼无人机的损坏。目前威胁旋翼无人机室外低空飞行安全的物体主要有树木等自然物体以及电力线、电线杆、建筑物等人造物体。

发明内容

为了解决旋翼无人机低空飞行时易发生与障碍物之间的碰撞的问题，本发明提出了一种旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，以对障碍物进行速度、距离、方位角解算，从而对障碍物行车检测，避免碰撞。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种旋翼无人机防撞毫米波雷达信号处理装置，包括如下步骤：

采集模块，用于AD数据采集；

去直流模块，用于去直流；

窗函数处理模块，用于窗函数处理；

FFT变换变换模块，用于FFT变换；

门限检测模块，用于门限检测；

二进制检测模块，用于二进制检测；

解算模块，用于解算速度、距离或角度中的一种或组合。

进一步的，所述采集模块：

(1)将通道1和通道2中的连续IQ数据，通过AD采样进行数字化处理；

(2)将通道1和通道2中采集到的数据分为三角波的上扫频数据和下扫频数据，去除前部分数据点后去直流，进行时频的FFT变换，将时域数据转换成频率数据；

进一步的，所述去直流模块：

(1)将通道1和通道2中，分别计算各自通道三角波上、下扫频IQ数据的均值；

(2)将各自通道三角波上、下扫频IQ的每一个数据减掉上一步计算得到的均值。

进一步的，所述窗函数处理模块：将通道1和通道2中，三角波的上、下扫频段各自去直流后的时域数据进行加窗处理，选择汉宁窗和/或海明窗。

所述FFT变换变换模块：将通道1和通道2中，加窗后的三角波的上、下扫频段数据进行FFT变换，将时域数据转换成频率数据。

所述门限检测模块：

(1)将通道1中的三角波上扫频FFT变换后的各个点的复数模值和通道2中的三角波上扫频FFT变换后的对应点上的复数模值，进行平均处理，将通道1中的三角波下扫频FFT变换后的各个点的复数模值和通道2中的三角波下扫频FFT变换后的对应点上的复数模值，进行平均处理；

(2)将平均后的数据，进行CFAR门限检测。

CFAR门限检测选择单元平均选小的门限检测方法，具体流程如下：

1)设置参考窗长L，其值可根据外场实测改变，选取为15～20个点，保护单元选择2～3个点；

2)针对单个锯齿波周期数据FFT后的某个模值点，分别计算其前参考窗内L个数据的均值β₁和后参考窗内L个数据的均值β₂，若其前或后窗长小于L，取实际窗长计算均值；

3)比较该点前后窗均值β₁和β₂，选择其中较小者作为其电平估计α，即α＝min(β₁,β₂)；

4)设置门限乘积因子γ，则该点的检测门限T＝α*γ；

5)比较该点模值和其门限值的大小，若其模值大于门限，则记录该点的位置信息，否则认为其未过门限；

6)对于其他所有模值点，分别执行以上步骤2)～5)，即针对所有点进行滑窗检测，记录所有过门限点的位置信息。

所述二进制检测模块：

对CFAR门限检测后的数据，令每一个数据为一个距离单元，对每一个距离单元的数据均进行二进制检测，如果该距离单元的数据过门限，则记为1，如果没过门限，则记为0，然后进行多周期累计，如果某一个距离单元的门限累计1的个数超过K个，则输出该点坐标值，否则不作为过门限的目标输出，其中K表示累计1的个数；

二进制检测后，当同时满足要求的过门限的点数不唯一的时候，只选择输出过门限的第一个峰值点。

所述二进制检测模块，在通过CFAR检测以及二进制检测后，对于上扫频和下扫频段过门限的点进行配对处理，如果上下扫频过门限的点坐标值相差超过阈值，不能确定为同一个目标的上下扫频时，不进行配对处理。

所述解算模块中，对于速度、距离和角度的解算方法是：