放大器 (LNA)以增加所接收的回波信號的信噪比（SNR)，和低通濾波器(LPF)以從感興趣的頻率中 過濾掉干擾。這樣的技術(shù)是本領(lǐng)域已知的。
[0108] 一個RF調(diào)制、信號過濾和調(diào)節(jié)以及RF解調(diào)功能的示例性實現(xiàn)進一步在圖7中展示： [0109] RF發(fā)射部分：
[0110] 1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模擬電壓在0~3.3伏的范圍內(nèi)。
[0111] 2、該模擬電壓信號被傳送到電壓控制振蕩器(VC0)以生成具有23.5GHz到25.5GHz 起始頻率的RF頻率。
[0112] 3、23.5GHz至25.5GHz的RF信號通過功率放大器放大，并最終通過所述Tx天線發(fā) 射。
[0113] RF接收部分：
[0114] 1、從障礙物反射的回波信號通過Rx天線接收。
[0115] 2、所接收的信號首先由低噪聲放大器進行放大。
[0116] 3、所放大的信號與所發(fā)送的信號混合，以解調(diào)成中頻（IF)。所述IF信號則承載著 目標距離信息并使用多普勒頻移調(diào)制。
[0117] 4、所述IF信號通過低通濾波器濾波，并最終通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化。
[0118] 每個步驟的詳細操作流程和關(guān)鍵方面描述如下：
[0119] 步驟1，信號發(fā)射；
[0120] 所述雷達系統(tǒng)通過所有的發(fā)射天線同時發(fā)射信號。為了避免各組發(fā)射信號和接收 的回波信號之間的干擾，每個天線的信道使用不同的起始頻率和終止頻率專門編碼，其通 過主板上的處理器控制。
[0121 ]圖4說明了起始和終止頻率的偏移如何創(chuàng)建信道之間的隔離。
[0122] 信道1的發(fā)射信號在頻率之間被調(diào)制，信道2的發(fā)射信號在頻 率f2_start到f2_stop之間被調(diào)制，等等。來自信道1的任何障礙/目標反射會產(chǎn)生delta_f 的頻率偏移。如果最大目標頻率偏移滿足以下條件：
[0123] MAX(delta_f)<(fl_stop-fl_start) (1)
[0124] 來自同時的信號發(fā)送產(chǎn)生的干擾可以通過低通濾波予以消除。例如，對于fl_ start = 23 ? 5GHz和f l_stop = 25 ? 5GHz，在T= lms的時間間隔內(nèi)，在距離為R處的障礙物將產(chǎn) 生如下的頻率偏移：
[0125] delta_f=[(fl_stop-fl_start)/T]*[(2*R)/c] (2)
[0126] 其中c是微波信號的傳播速度，其大約等于3X108m/s。
[0127] 如果所選擇的最大障礙探測范圍為100米，則障礙物產(chǎn)生的最大頻率偏移等于 1.33MHz。因此，如果頻率f2_start被配置為任何大于f l_start+l. 33MHz的頻率，并且f2_ stop配置為任何大于fl_stop+l. 33MHz的頻率，信道2的信號將不產(chǎn)生對信道1信號的任何 干擾。不同信道之間的正交性被建立。
[0128] 步驟2,所接收信號的處理；
[0129] 所接收的信號攜帶來自障礙物的距離和方位信息。來自目標的距離信息可以通過 一維傅立葉變換計算，所述一維傅立葉變換是通過估計所發(fā)射的信號和所接收的信號的頻 率差進行的。所述方位信息可以通過比較一維傅立葉變換在不同信道之間的輸出進行提 取。
[0130] 方位的分辨率取決于主板有多少邊，例如六邊形的主板把整個360度的圓周劃分 成6個60度的掃描區(qū)域。所述目標的方位信息可以通過將所有的6掃描區(qū)域的FFT提供到振 幅比較器而確定，依照圖5中示出的處理結(jié)構(gòu)，其提出了一種數(shù)字信號處理器，該數(shù)字信號 處理器對每個信道都具有輸入信道，在每個信號上執(zhí)行FFT，并且在振幅比較電路中比較所 述FFT輸出，以產(chǎn)生障礙物的方位信息。
[0131 ] 步驟3，障礙識別和躲避；
[0132] 系統(tǒng)操作的最終任務是通過檢查多普勒信號進一步識別障礙物，所述多普勒特征 由障礙物和裝有系統(tǒng)的UAV之間的相對速度產(chǎn)生。該UAV可以再通過調(diào)整其飛行軌跡進一步 避免與障礙物發(fā)生碰撞。
[0133] 進一步的示例性系統(tǒng)描述如下。如上所述，所述壁結(jié)構(gòu)不必為六邊形;八邊形系統(tǒng) 的使用解釋如下：
[0134] 每條邊長為3.5厘米的八邊形結(jié)構(gòu)被設計為承載8個發(fā)送信道。360度的圓周從而 被分成8個區(qū)域，每個區(qū)域覆蓋45度。
[0135] 每個發(fā)射信道的帶寬可以被設定在lms的時間間隔內(nèi)2GHz?？紤]最大障礙物探測 范圍為100m的情況，從方程(2)計算出來的來自目標的最大頻率偏移為1.33MHz。為了給每 個信道隔離建立特定的安全余量，為每個信道設置起始頻率和終止頻率包括1.5MHz的增 量。下表示出每個發(fā)射信道的起始頻率和終止頻率。
[0138] 圖6示出了 一種自適應掃描算法，其可與本發(fā)明結(jié)合使用。雷達掃描距離自適應于 當前UAV的飛行狀態(tài)，包括UAV的速度(v)和加速度(a)。
[0139] 給定掃描更新頻率(f)，雷達最大檢測范圍(Max(R))根據(jù)UAV的速度(v)和加速度 (a)使用下式自適應地設置：
[0140] Max(R) = (v+a/f )/f (3)
[0141 ]如果目標被檢測到最大檢測范圍Max(R)內(nèi)，則飛行方向，速度和加速度需要進行 調(diào)整，以避免潛在的碰撞。
[0142]如果Max(R)內(nèi)沒有檢測到目標，則所述UAV將根據(jù)其預定的軌跡繼續(xù)行進。
【主權(quán)項】
1. 一種檢測物體的方法，所述方法包括： 在一位置設置兩個以上的非旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線和接收天線； 所述兩個以上的非旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線的每一者發(fā)射電磁波形用于從待檢測物體反射，每個 所述波形被選擇為避免干擾其它波形； 通過所述接收天線從待檢測物體接收所反射的電磁回波信號，并生成對應于所述電磁 回波信號的接收信號；以及 處理所述接收信號以確定關(guān)于待檢測物體的相對位置信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述位置在飛行器上，其中所述相對位置信息被提 供給飛行控制器，以控制飛行器相對于檢測到的物體的飛行。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個所述發(fā)射天線都和所述接收天線中不同的一 個配對，每個天線對都位于多邊形平面的不同邊上，從而所述發(fā)射天線一起發(fā)射覆蓋360度 圓周的電子波形，每個發(fā)射天線確定所述圓周的單個方位區(qū)域，方位區(qū)域的個數(shù)對應于多 邊形平面的邊數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述發(fā)射天線同時發(fā)射信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)射天線每一個都發(fā)射特定波形，所述特定波 形在不同的特定中心頻率調(diào)制，從而所發(fā)射的波形不會發(fā)生互相干擾。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)射信號首先在數(shù)字信號處理器中以數(shù)字的形式 生成，然后通過DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換成模擬信號，接著所述模擬信號通過RF調(diào)制器在大約 具有擴展帶寬的載波頻率中調(diào)制，以產(chǎn)生所發(fā)射的電磁波形。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，來自物體的反射回波信號被調(diào)節(jié)和濾波，通過RF解調(diào)器 解調(diào)，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并在數(shù)字信號處理器中進行處理以提取相對位置 信息。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的電磁波形是正交的波形。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中： 利用基于飛行器的速度、航向和加速度的信號處理算法處理所述接收信號； 圍繞飛行器的360度區(qū)域被分為6個掃描區(qū)域，每個掃描區(qū)域使用適于其掃描區(qū)域的特 定波形，因此一個掃描區(qū)域的障礙物不會對其它掃描區(qū)域產(chǎn)生任何干擾。10. -種檢測物體的設備，所述設備包括： 在一位置的兩個以上非旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線和接收天線； 所述兩個以上非旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線的每一者都適于發(fā)射電磁波形，所述電磁波形會被待檢 測物體反射，所述波形的每一者都被選擇成避免干擾其它波形； 所述兩個以上非旋轉(zhuǎn)接收天線的每一者都適于接收來自于待檢測物體所反射的電磁 回波信號以及所述兩個以上發(fā)射天線中不同的一個所發(fā)射的信號；以及 數(shù)字信號處理器，其適于處理所反射回波信號以確定關(guān)于待檢測物體的相對位置信 息。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設備，其中每個所述發(fā)射天線都與所述接收天線之一配對， 每個天線都位于多邊形平面的不同邊，從而所述兩個以上發(fā)射天線一起發(fā)射覆蓋360度圓 周的電子波形，每個發(fā)射天線確定所述圓周的一個方位區(qū)域，方位區(qū)域的個數(shù)對應于多邊 形平面的邊數(shù)。12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設備，其中6個天線和RF前端壁在每個平面的邊上垂直于六 邊形主平面安裝;每個天線和RF前端壁包括發(fā)射天線，接收天線和射頻(RF)電路，以通過所 述發(fā)射天線發(fā)射高頻信號和通過所述接收天線接收所反射的回波信號。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設備，其中所發(fā)射的波形在特定的中心頻率被調(diào)制，以避免 發(fā)生相互干擾。14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設備，其中： 有6個發(fā)射天線和接收天線對，每個天線對位于六邊形結(jié)構(gòu)的不同邊上； 每個天線對使用不同的起始頻率和終止頻率編碼，通過其上的主板處理器控制； 所述雷達系統(tǒng)設備按照線性調(diào)頻連續(xù)波原理運行；以及 所述設備被設計和構(gòu)造成適于安裝在UAV的內(nèi)部。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種檢測物體的方法，所述方法包括：在一位置設置非旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線和接收天線；所述兩個以上的非旋轉(zhuǎn)發(fā)射天線的每一者發(fā)射電磁波形用于從待檢測物體反射，每個所述波形被選擇成避免干擾所發(fā)射的信號和所接收的信號之中的其它波形；通過所述接收天線從待檢測物體接收所反射的電磁回波信號，并生成對應于所述電磁回波信號的接收信號；處理所述接收信號以確定關(guān)于待檢測物體的相對位置信息。
【IPC分類】G01S13/42, G01S13/93
【公開號】CN105717504
【申請?zhí)枴緾N201511029807
【發(fā)明人】王宗博
【申請人】王宗博
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2015年12月31日