無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置、無人機(jī)避障系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，包括射頻收發(fā)系統(tǒng)，用于向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)，接收散射的回波信號(hào)，并將回波信號(hào)與射頻信號(hào)混頻獲得差拍信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將差拍信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)；FFT變換模塊，用于將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域圖，對(duì)頻譜圖進(jìn)行處理獲得峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值，獲取初始目標(biāo)距離信號(hào)；求模電路，用于將初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，獲得信號(hào)幅度值；非相參積累器，用于將各信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，獲得非相參積累數(shù)據(jù)；CFAR檢測電路，用于采用恒虛警檢測方法對(duì)非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。本發(fā)明提供無人機(jī)避障系統(tǒng)。本發(fā)明提高了獲取目標(biāo)信號(hào)的準(zhǔn)確率、縮小裝置和系統(tǒng)的體積。
【專利說明】無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置、無人機(jī)避障系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無人機(jī)避障【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置、無人機(jī)避障系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]架空電力線的覆蓋區(qū)域廣，穿越的地形復(fù)雜，部分地區(qū)還存在環(huán)境條件惡劣的問題，電力線、桿塔長期在野外暴露，在不斷受到外界因素的影響下，容易出現(xiàn)斷股、腐蝕、桿塔傾斜等故障的發(fā)生，為了及時(shí)掌握線路的運(yùn)行的狀況和及時(shí)排除線路存在的安全隱患，電力部門每年都要花費(fèi)巨大的人力和物力進(jìn)行巡線工作。無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展為架空電力線路的巡線提供了新的移動(dòng)平臺(tái)，為了飛行安全考慮，無人機(jī)的避障系統(tǒng)成為了研究的熱點(diǎn)之一 O
[0003]傳統(tǒng)技術(shù)中也有無人直升機(jī)避障系統(tǒng)。避障系統(tǒng)包括機(jī)載信號(hào)采集模塊以及設(shè)置于飛控系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)載避障分析模塊。將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，將周圍的環(huán)境信息發(fā)送給分析模塊，機(jī)載避障分析模塊發(fā)送指令給飛控系統(tǒng)，由飛控系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送給無人機(jī)。傳統(tǒng)技術(shù)中的避障系統(tǒng)直接將獲取的信息進(jìn)行分析，誤差較大，并且系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要一些大型器件組成，體積龐大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要針對(duì)裝置體積大、獲取目標(biāo)距離信號(hào)誤差大的問題，提供一種無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置、無人機(jī)避障系統(tǒng)。
[0005]一種無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，包括:
[0006]射頻收發(fā)系統(tǒng)，用于向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)，接收散射的回波信號(hào)，并將所述回波信號(hào)與所述射頻信號(hào)混頻獲得差拍信號(hào)；
[0007]模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述差拍信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)；
[0008]FFT變換模塊，用于將所述數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域圖，對(duì)頻譜圖進(jìn)行處理獲得峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值，根據(jù)頻率值獲取初始目標(biāo)距離信號(hào)；
[0009]求模電路，用于將所述初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，獲得信號(hào)幅度值；
[0010]非相參積累器，用于將各信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，獲得非相參積累數(shù)據(jù)；
[0011]CFAR檢測電路，用于采用恒虛警檢測方法對(duì)所述非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。
[0012]上述無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到目標(biāo)信號(hào)的頻域圖，從頻域圖中提取初始目標(biāo)距離信號(hào)，從而避免了目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。求模電路對(duì)初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，既提高了數(shù)據(jù)處理速度，又不影響數(shù)據(jù)處理效果。非相參積累器將各個(gè)信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，直到完成多個(gè)信號(hào)周期的積累，從而提高弱信號(hào)的信噪比。CFAR檢測電路采用恒虛警檢測方法對(duì)所述非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。在混有雜波干擾的目標(biāo)信號(hào)中以最大概率檢測出目標(biāo)距離信號(hào)，提高了目標(biāo)信號(hào)的準(zhǔn)確率，同時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FFT變換模塊、求模電路、非相參積累器和CFAR檢測電路可以集成處理，克服了系統(tǒng)大規(guī)模設(shè)計(jì)，具有體積小的優(yōu)勢。
[0013]一種無人機(jī)避障系統(tǒng)，包括:如上述所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置、機(jī)載避障分析模塊以及通信端口；
[0014]所述目標(biāo)信號(hào)處理裝置的CFAR檢測電路通過通信端口與機(jī)載避障分析模塊連接，機(jī)載避障分析模塊與飛控系統(tǒng)連接；
[0015]機(jī)載避障分析模塊，用于根據(jù)CFAR檢測電路發(fā)送的目標(biāo)距離信號(hào)發(fā)出相應(yīng)控制指令至飛控系統(tǒng)。
[0016]上述無人機(jī)避障系統(tǒng)，通過射頻收發(fā)系統(tǒng)獲得差拍信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到目標(biāo)信號(hào)的頻域圖，從頻域圖中提取初始目標(biāo)距離信號(hào)，從而避免了目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。求模電路對(duì)初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，既提高了數(shù)據(jù)處理速度，又不影響數(shù)據(jù)處理效果。非相參積累器將各個(gè)信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，直到完成多個(gè)信號(hào)周期的積累，從而提高弱信號(hào)的信噪比。CFAR檢測電路采用恒虛警檢測方法對(duì)所述非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。在混有雜波干擾的目標(biāo)信號(hào)中以最大概率檢測出目標(biāo)距離信號(hào)，提高了目標(biāo)信號(hào)的準(zhǔn)確率，通過機(jī)載避障分析模塊對(duì)目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行分析得到相應(yīng)避障策略，提高了策略準(zhǔn)確性。同時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FFT變換模塊、求模電路、非相參積累器和CFAR檢測電路可以集成處理，克服了系統(tǒng)大規(guī)模設(shè)計(jì)，具有體積小的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中非相參積累器功能示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中CFAR檢測電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明無人機(jī)避障系統(tǒng)其中一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明無人機(jī)避障系統(tǒng)實(shí)施例中RS422協(xié)議字符傳輸格式示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明無人機(jī)避障系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中求模電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下針對(duì)本發(fā)明無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置、無人機(jī)避障系統(tǒng)的各實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0025]如圖1所示，為本發(fā)明無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:射頻收發(fā)系統(tǒng)110、模數(shù)轉(zhuǎn)換器120、FFT變換模塊130、求模電路140、非相參積累器150和CFAR檢測電路160。
[0026]射頻收發(fā)系統(tǒng)110，用于向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)，接收散射的回波信號(hào)，并將所述回波信號(hào)與所述射頻信號(hào)混頻獲得差拍信號(hào)；
[0027]射頻收發(fā)系統(tǒng)110是接收回波信號(hào)并得到差拍信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，射頻收發(fā)系統(tǒng)包括毫米波雷達(dá)天線、接收天線和混頻裝置。毫米波雷達(dá)天線和接收天線分別與混頻裝置連接。通過毫米波雷達(dá)天線向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)，通過接收天線接收毫米波雷達(dá)天線向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)后散射的回波信號(hào)，通過混頻裝置將回波信號(hào)與射頻信號(hào)混頻得到差拍信號(hào)。為了能多方位發(fā)送射頻信號(hào)和多方位接收回波信號(hào)，毫米波雷達(dá)天線和接收天線可以為帶有機(jī)械掃描的毫米波雷達(dá)天線和帶有機(jī)械掃描的接收天線。
[0028]模數(shù)轉(zhuǎn)換器120，用于將差拍信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)；
[0029]模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0030]FFT變換模塊130，用于將所述數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域圖，對(duì)頻譜圖進(jìn)行處理獲得峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值，根據(jù)頻率值獲取初始目標(biāo)距離信號(hào)；
[0031 ] FFT變換模塊主要是將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換(Fast FourierTransform, FFT)得到目標(biāo)信號(hào)的頻域圖，根據(jù)頻域圖可以獲取初始目標(biāo)距離信號(hào)，從而避免目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。
[0032]避障系統(tǒng)測距信息的精度是系統(tǒng)的關(guān)鍵，需選擇滿足要求的FFT單元技術(shù)平臺(tái)。本實(shí)施例可以采用FFT IP核(intellectual property core)來實(shí)現(xiàn)。這種FFT核數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)有三種，分別為Streaming、Buefferd Burst、Burst數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，基于信號(hào)處理要求，可以選用的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)為Radix_4, Burst結(jié)構(gòu)。
[0033]求模電路140，用于將初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，獲得信號(hào)幅度值；
[0034]本實(shí)施例求模電路可以包括第一乘法器和第二乘法器、一個(gè)加法器和一個(gè)平方根器，它們都可以利用IP核來實(shí)現(xiàn)。如圖7所示，為本發(fā)明實(shí)施例中求模電路結(jié)構(gòu)示意圖，所述第一乘法器710和所述第二乘法器720分別與所述加法器730連接，所述加法器730與所述平方根器740連接。比如將FFT變換模塊輸出的27位數(shù)據(jù)經(jīng)過尺度變換縮減為16位數(shù)據(jù)。由于計(jì)算模值需要系統(tǒng)延遲，延遲為12個(gè)時(shí)鐘周期，故需一個(gè)12周期的延時(shí)器，用以延遲fft_index的輸出，以保證計(jì)算模值與fft_index同步,延遲器可以用內(nèi)部寄存器逐級(jí)延遲來實(shí)現(xiàn)。
[0035]其中，將FFT變換模塊輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)位，只是對(duì)FFT后信號(hào)頻譜幅度進(jìn)行乘除，既提高了數(shù)據(jù)處理速度又不影響數(shù)據(jù)處理效果。每一個(gè)FFT點(diǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)幅度值，而對(duì)FFT輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行求模需要一定的計(jì)算時(shí)間，求模電路中的延遲器是為保證fft_index點(diǎn)數(shù)和相對(duì)應(yīng)處模值的一致性。
[0036]非相參積累器150，用于將各信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，獲得非相參積累數(shù)據(jù)；
[0037]本實(shí)施例中的非相參積累器是為了提高弱信號(hào)信噪比，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線的有效探測。可以采用一個(gè)RAM作為讀取中間數(shù)據(jù)的暫存單元。RAM的大小為2048X21位，RAM在積累過程中要完成讀數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)累加和寫數(shù)據(jù)這三種功能，而每個(gè)功能都需要花費(fèi)一到兩個(gè)時(shí)鐘周期，由于FFT的運(yùn)算速率為10MHz，而系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)鐘為100MHz，故而在一個(gè)fft_index的數(shù)據(jù)周期內(nèi)有十個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，則把RAM的讀寫和累加過程放在這一個(gè)fft_index周期內(nèi)完成。如圖2所示,非相參積累器用于:
[0038]等待積累使能信號(hào)；
[0039]檢測是否收到求模電路完成信號(hào)；
[0040]若是，則把FFTjndex賦給RAM地址，并使RAM為讀狀態(tài)；
[0041]把RAM所讀數(shù)據(jù)暫存到寄存器中；
[0042]在寄存器中，RAM所讀數(shù)據(jù)和歷次求模電路輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，寫入RAM ；[0043]恢復(fù)RAM讀狀態(tài)，并使積累數(shù)據(jù)加I ;
[0044]判斷積累是否完畢，若否，返回等待積累使能信號(hào)，若是，輸出累加值。
[0045]在積累信號(hào)有效的時(shí)間段對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行FFT，F(xiàn)FT做完后對(duì)其輸出信號(hào)求模，并進(jìn)行信號(hào)累加，直到完成N個(gè)信號(hào)周期的積累，實(shí)現(xiàn)提高弱信號(hào)信噪比。
[0046]CFAR檢測電路160，用于采用恒虛警檢測方法對(duì)非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。
[0047]CFAR檢測電路對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行恒虛警檢測是在混有雜波干擾的目標(biāo)回波中以最大概率檢測出目標(biāo)信號(hào)。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，CFAR檢測電路160可以選用單元平均選大恒虛警檢測CFAR(Constant False-Alarm Rate)方法,采用左右16個(gè)參考數(shù)據(jù)單元和2個(gè)保護(hù)單元的設(shè)計(jì)。如圖3所示，CFAR檢測電路包括加減法器310、第一延時(shí)單元320、第二延時(shí)單元330、第三延時(shí)單元340、第一比較器350和第二比較器360 ；
[0049]所述加減法器的加法輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，所述加減法器輸出端分別與所述加減法器的加法輸入端、第一延時(shí)單元和第一比較器連接，第一延時(shí)單元、第一比較器、第二比較器依次連接，第二延時(shí)單元的輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，第二延時(shí)單元的輸出端分別與所述加減法器的減法輸入端和第三延時(shí)器連接，第三延時(shí)器與第二比較單元連接。
[0050]上述無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到目標(biāo)信號(hào)的頻域圖，從頻域圖中提取初始目標(biāo)距離信號(hào)，從而避免了目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。求模電路對(duì)初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，既提高了數(shù)據(jù)處理速度，又不影響數(shù)據(jù)處理效果。非相參積累器將各個(gè)信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，直到完成多個(gè)信號(hào)周期的積累，從而提高弱信號(hào)的信噪比。CFAR檢測電路采用恒虛警檢測方法對(duì)非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。在混有雜波干擾的目標(biāo)信號(hào)中以最大概率檢測出目標(biāo)距離信號(hào)，提高了目標(biāo)信號(hào)的準(zhǔn)確率，同時(shí)由這幾個(gè)單元組成的目標(biāo)信號(hào)處理裝置體積小。
[0051]在一個(gè)具體實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FFT變換模塊、求模電路、非相參積累器和CFAR檢測電路基于FPGA運(yùn)行。采用FPGA專用信號(hào)FFT變換模塊進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，因?yàn)镻FGA可以實(shí)現(xiàn)靈活的邏輯控制，內(nèi)部時(shí)延小，硬件資源非常豐富，具有DSP和單片機(jī)無法比擬的優(yōu)勢。同時(shí)FPGA的開發(fā)周期短，減少了信號(hào)處理時(shí)間且獲得了更高的實(shí)時(shí)性。
[0052]根據(jù)上述無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，本方案還提供一種無人機(jī)避障系統(tǒng)，如圖4所示，包括:上述的無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置410、通信端口 420以及機(jī)載避障分析模塊430，目標(biāo)信號(hào)處理裝置410包括依次連接的射頻收發(fā)系統(tǒng)411、模數(shù)轉(zhuǎn)換器412、FFT變換模塊413、求模電路414、非相參積累器415和CFAR檢測電路416 ；
[0053]所述目標(biāo)信號(hào)處理裝置410的CFAR檢測電路416通過通信端口 420與機(jī)載避障分析模塊430連接，機(jī)載避障分析模塊430與飛控系統(tǒng)連接。
[0054]射頻收發(fā)系統(tǒng)411，用于向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)，接收散射的回波信號(hào)，并將所述回波信號(hào)與所述射頻信號(hào)混頻獲得差拍信號(hào)；
[0055]射頻收發(fā)系統(tǒng)411是接收回波信號(hào)并得到差拍信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，射頻收發(fā)系統(tǒng)包括毫米波雷達(dá)天線、接收天線和混頻裝置。毫米波雷達(dá)天線和接收天線分別與混頻裝置連接。通過毫米波雷達(dá)天線向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)，通過接收天線接收毫米波雷達(dá)天線向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)后散射的回波信號(hào)，通過混頻裝置將回波信號(hào)與射頻信號(hào)混頻得到差拍信號(hào)。為了能多方位發(fā)送射頻信號(hào)和多方位接收回波信號(hào)，毫米波雷達(dá)天線和接收天線可以為帶有機(jī)械掃描的毫米波雷達(dá)天線和帶有機(jī)械掃描的接收天線。
[0056]模數(shù)轉(zhuǎn)換器412，用于將差拍信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)；
[0057]FFT變換模塊413，用于將所述數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域圖，對(duì)頻譜圖進(jìn)行處理獲得峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值，根據(jù)頻率值獲取初始目標(biāo)距離信號(hào)；
[0058]FFT變換模塊主要是將數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換(Fast FourierTransform, FFT)得到目標(biāo)信號(hào)的頻域圖，根據(jù)頻域圖可以獲取初始目標(biāo)距離信號(hào)，從而避免目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。
[0059]避障系統(tǒng)測距信息的精度是系統(tǒng)的關(guān)鍵，需選擇滿足要求的FFT單元技術(shù)平臺(tái)。本實(shí)施例可以采用FFT IP核(intellectual property core)來實(shí)現(xiàn)。這種FFT核數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)有三種，分別為Streaming、Buefferd Burst、Burst數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，基于信號(hào)處理要求，可以選用的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)為Radix_4, Burst結(jié)構(gòu)。
[0060]求模電路414，用于將初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，獲得信號(hào)幅度值；
[0061]本實(shí)施例求模電路可以包括第一乘法器和第二乘法器、一個(gè)加法器和一個(gè)平方根器，它們都可以利用IP核來實(shí)現(xiàn)。比如將FFT變換模塊輸出的27位數(shù)據(jù)經(jīng)過尺度變換縮減為16位數(shù)據(jù)。由于計(jì)算模值需要系統(tǒng)延遲，因此還可以包括第四延時(shí)器。延遲為12個(gè)時(shí)鐘周期，故需一個(gè)12周期的延時(shí)器,用以延遲fft_index的輸出，以保證計(jì)算模值與fft_index同步，延遲器可以用內(nèi)部寄存器逐級(jí)延遲來實(shí)現(xiàn)。
[0062]其中，將FFT輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)位，只是對(duì)FFT后信號(hào)頻譜幅度進(jìn)行乘除，既提高了數(shù)據(jù)處理速度又不影響數(shù)據(jù)處理效果。每一個(gè)FFT點(diǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)幅度值，而對(duì)FFT輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行求模需要一定的計(jì)算時(shí)間，求模電路中的延遲器是為保證fft_index點(diǎn)數(shù)和相對(duì)應(yīng)處模值的一致性。
[0063]非相參積累器415，用于將各信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，獲得非相參積累數(shù)據(jù)；
[0064]本實(shí)施例中的非相參積累器是為了提高弱信號(hào)信噪比，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線的有效探測?？梢圆捎靡粋€(gè)RAM作為讀取中間數(shù)據(jù)的暫存單元。RAM的大小為2048X21位，RAM在積累過程中要完成讀數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)累加和寫數(shù)據(jù)這三種功能，而每個(gè)功能都需要花費(fèi)一到兩個(gè)時(shí)鐘周期，由于FFT的運(yùn)算速率為10MHz，而系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)鐘為100MHz，故而在一個(gè)fft_index的數(shù)據(jù)周期內(nèi)有十個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，則把RAM的讀寫和累加過程放在這一個(gè)fft_index周期內(nèi)完成。如圖2所示,非相參積累器用于:
[0065]等待積累使能信號(hào)；
[0066]檢測是否收到求模電路完成信號(hào)；
[0067]若是，則把FFTjndex賦給RAM地址，并使RAM為讀狀態(tài)；
[0068]把RAM所讀數(shù)據(jù)暫存到寄存器中；
[0069]在寄存器中，RAM所讀數(shù)據(jù)和歷次求模電路輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，寫入RAM ；
[0070]恢復(fù)RAM讀狀態(tài)，并使積累數(shù)據(jù)加I ;
[0071]判斷積累是否完畢，若否，返回等待積累使能信號(hào)，若是，輸出累加值。
[0072]在積累信號(hào)有效的時(shí)間段對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行FFT，F(xiàn)FT做完后對(duì)其輸出信號(hào)求模，并進(jìn)行信號(hào)累加，直到完成N個(gè)信號(hào)周期的積累，實(shí)現(xiàn)提高弱信號(hào)信噪比。
[0073]CFAR檢測電路416，用于采用恒虛警檢測方法對(duì)非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)，并通過通信端口向機(jī)載避障分析模塊發(fā)送目標(biāo)距離信號(hào)；
[0074]CFAR檢測電路對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行恒虛警檢測是在混有雜波干擾的目標(biāo)回波中以最大概率檢測出目標(biāo)信號(hào)。
[0075]在一個(gè)實(shí)施例中，CFAR檢測電路416可以選用單元平均選大恒虛警檢測CFAR方法，采用左右16個(gè)參考數(shù)據(jù)單元和2個(gè)保護(hù)單元的設(shè)計(jì)。如圖3所示，CFAR檢測電路包括加減法器310、第一延時(shí)單元320、第二延時(shí)單元330、第三延時(shí)單元340、第一比較器350和第二比較器360 ；
[0076]加減法器的加法輸入端與非相參積累器的輸出端連接，加減法器輸出端分別與加減法器的加法輸入端、第一延時(shí)單兀和第一比較器連接，第一延時(shí)單兀、第一比較器、第二比較器依次連接，第二延時(shí)單元的輸入端與非相參積累器的輸出端連接，第二延時(shí)單元的輸出端分別與加減法器的減法輸入端和第三延時(shí)器連接，第三延時(shí)器與第二比較單元連接。
[0077]機(jī)載避障分析模塊440，用于根據(jù)CFAR檢測電路發(fā)送的目標(biāo)距離信號(hào)發(fā)出相應(yīng)控制指令至飛控系統(tǒng)。
[0078]如，機(jī)載避障分析模塊440可以將獲得的目標(biāo)距離信號(hào)與預(yù)設(shè)的距離門限值進(jìn)行比較對(duì)比得出目標(biāo)方位，并通過內(nèi)置的避障策略發(fā)出相應(yīng)的控制指令給飛控系統(tǒng)，從而通過飛控系統(tǒng)控制無人機(jī)。機(jī)載避障分析模塊440可以為單獨(dú)的一個(gè)分析系統(tǒng)，也可以是設(shè)置在飛控系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)模塊。
[0079]上述無人機(jī)避障系統(tǒng)，毫米波雷達(dá)天線發(fā)射射頻信號(hào)，接收天線接收回波信號(hào)并獲得差拍信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到目標(biāo)信號(hào)的頻域圖，從頻域圖中提取初始目標(biāo)距離信號(hào)，從而避免了目標(biāo)信號(hào)在時(shí)域混疊的情況。求模電路對(duì)初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，既提高了數(shù)據(jù)處理速度，又不影響數(shù)據(jù)處理效果。非相參積累器將各個(gè)信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，直到完成多個(gè)信號(hào)周期的積累，從而提高弱信號(hào)的信噪比。CFAR檢測電路采用恒虛警檢測方法對(duì)非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。在混有雜波干擾的目標(biāo)信號(hào)中以最大概率檢測出目標(biāo)距離信號(hào)，提高了目標(biāo)信號(hào)的準(zhǔn)確率，同時(shí)由目標(biāo)信號(hào)處理裝置組成的無人機(jī)避障系統(tǒng)體積小。
[0080]在其中一個(gè)實(shí)施例中，無人機(jī)避障系統(tǒng)可以采用RS-422通信協(xié)議進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。RS-422協(xié)議是一種串行異步通信協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)的串/并轉(zhuǎn)換。在沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通信線一直處于邏輯I狀態(tài)，而當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，數(shù)據(jù)兩頭必須加上起始位和停止位。起始位為邏輯0，而后是數(shù)據(jù)位，按照低位在前、高位在后的原則傳輸。根據(jù)不同的編碼規(guī)貝1J，數(shù)據(jù)位有可能是5位、6位、7位或8位。數(shù)據(jù)位之后是校驗(yàn)位，可以根據(jù)需要選擇奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或者是沒有校驗(yàn)位。最后是停止位，為邏輯I。接收端接收到停止位，即認(rèn)為上一字符傳送完畢，開始準(zhǔn)備接受下一字符，一旦接收到0，就認(rèn)為是新字符的起始位。如圖5所示，為RS422協(xié)議字符傳輸格式示意圖，510表示高電位，520表示地電位位O為起始位，位7為停止位。
[0081]本系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)可以為數(shù)據(jù)包的形式，包括幀頭、數(shù)據(jù)單元和異或及和校驗(yàn)三部分，選用的波特率為19200bit/s，數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)為8位，單幀字符無校驗(yàn)位。[0082]射頻系統(tǒng)的開關(guān)機(jī)狀態(tài)受飛控系統(tǒng)控制。飛控系統(tǒng)發(fā)來的數(shù)據(jù)包括幀頭、控制指令和校驗(yàn)三部分，在每個(gè)幀里，由起始位、數(shù)據(jù)位和停止位三部分組成。針對(duì)每幀的接收，在無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線路處于空閑狀態(tài)并保持為邏輯I。有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)首先檢測到發(fā)送開始位0，判斷開始為O是否有效，若開始位O有效則進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，接收完8位數(shù)據(jù)后，若檢測到結(jié)束位1，則認(rèn)為數(shù)據(jù)接收結(jié)束并儲(chǔ)存在寄存器內(nèi)，否則回到線路空閑狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。
[0083]CFAR檢測電路向飛控系統(tǒng)發(fā)送部分按照波特時(shí)鐘，檢測到發(fā)送數(shù)據(jù)使能信號(hào)后首先發(fā)送開始位邏輯0，然后按照從低位到高位的順序依次發(fā)送數(shù)據(jù)位，本系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)沒有校驗(yàn)位，故而數(shù)據(jù)位發(fā)送完畢之后，直接發(fā)送停止位邏輯I。
[0084]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，為本發(fā)明無人機(jī)避障系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，避障系統(tǒng)還包括俯仰驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)610，俯仰驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與射頻收發(fā)系統(tǒng)連接，控制所述射頻收發(fā)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方位。所述射頻收發(fā)系統(tǒng)包括帶有機(jī)械掃描的毫米波雷達(dá)天線、帶有機(jī)械掃描的接收天線和混頻裝置，所述毫米波雷達(dá)天線和所述接收天線分別與所述混頻裝置連接。從而可以實(shí)現(xiàn)大范圍伺服掃描，加大掃描范圍。
[0085]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所不,避障系統(tǒng)還包括傳輸控制器620,傳輸控制器設(shè)于CFAR檢測電路和通信端口之間，傳輸控制器用于檢測不同距離的目標(biāo)距離信號(hào)個(gè)數(shù)為預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)時(shí)，將預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的不同距離的目標(biāo)距離信號(hào)同時(shí)發(fā)送至機(jī)載避障分析模塊，其中預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)至少為2。
[0086]比如，檢測出最前位于五個(gè)不同距離處的目標(biāo)信號(hào)；將這五個(gè)檢測到的五個(gè)目標(biāo)信號(hào)分別賦予五個(gè)變量，并將五個(gè)目標(biāo)信息下傳給機(jī)載避障分析模塊，從而發(fā)送至飛控系統(tǒng)，目的是給地面操控人員一個(gè)具體的前方目標(biāo)環(huán)境信息。
[0087]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，避障系統(tǒng)還包括顯示器630，顯示器通過通信端口與CFAR檢測電路連接，顯示器用于顯示目標(biāo)距離信號(hào)。
[0088]在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所不,避障系統(tǒng)還包括飛控系統(tǒng)640,飛控系統(tǒng)用于根據(jù)機(jī)載避障分析模塊發(fā)送的控制指令控制無人機(jī)的飛行。
[0089]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述無人機(jī)避障系統(tǒng)與飛控系統(tǒng)之間采用RS-422通信協(xié)議進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。
[0090]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，其特征在于，包括: 射頻收發(fā)系統(tǒng)，用于向目標(biāo)發(fā)送射頻信號(hào)，接收散射的回波信號(hào)，并將所述回波信號(hào)與所述射頻信號(hào)混頻獲得差拍信號(hào)； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述差拍信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)； FFT變換模塊，用于將所述數(shù)字信號(hào)經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻域圖，對(duì)頻譜圖進(jìn)行處理獲得峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值，根據(jù)頻率值獲取初始目標(biāo)距離信號(hào)； 求模電路，用于將所述初始目標(biāo)距離信號(hào)進(jìn)行求模，獲得信號(hào)幅度值； 非相參積累器，用于將各信號(hào)幅度值進(jìn)行非相參積累，獲得非相參積累數(shù)據(jù)； CFAR檢測電路，用于采用恒虛警檢測方法對(duì)所述非相參積累數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，獲得目標(biāo)距離信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述CFAR檢測電路包括加減法器、第一延時(shí)單元、第二延時(shí)單元、第三延時(shí)單元、第一比較器和第二比較器； 所述加減法器的加 法輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，所述加減法器輸出端分別與所述加減法器的加法輸入端、第一延時(shí)單元和第一比較器連接，第一延時(shí)單元、第一比較器、第二比較器依次連接，第二延時(shí)單元的輸入端與所述非相參積累器的輸出端連接，第二延時(shí)單元的輸出端分別與所述加減法器的減法輸入端和第三延時(shí)器連接，第三延時(shí)器與第二比較單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述求模電路包括第一乘法器、第二乘法器、加法器、平方根器，所述第一乘法器和所述第二乘法器分別與所述加法器連接，所述加法器與所述平方根器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FFT變換模塊、求模電路、非相參積累器和CFAR檢測電路基于FPGA運(yùn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述射頻收發(fā)系統(tǒng)包括帶有機(jī)械掃描的毫米波雷達(dá)天線、帶有機(jī)械掃描的接收天線和混頻裝置，所述毫米波雷達(dá)天線和所述接收天線分別與所述混頻裝置連接。
6.一種無人機(jī)避障系統(tǒng)，其特征在于，包括:如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)的目標(biāo)信號(hào)處理裝置、機(jī)載避障分析模塊以及通信端口 ； 所述目標(biāo)信號(hào)處理裝置的CFAR檢測電路通過通信端口與機(jī)載避障分析模塊連接，機(jī)載避障分析模塊與飛控系統(tǒng)連接； 機(jī)載避障分析模塊，用于根據(jù)CFAR檢測電路發(fā)送的目標(biāo)距離信號(hào)發(fā)出相應(yīng)控制指令至飛控系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)，其特征在于，還包括俯仰驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述俯仰驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與射頻收發(fā)系統(tǒng)連接，控制所述射頻收發(fā)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方位。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)，其特征在于，還包括傳輸控制器，所述傳輸控制器設(shè)于CFAR檢測電路和通信端口之間，所述傳輸控制器用于檢測不同距離的目標(biāo)距離信號(hào)個(gè)數(shù)為預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)時(shí)，將預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的不同距離的目標(biāo)距離信號(hào)同時(shí)發(fā)送至機(jī)載避障分析模塊，其中預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)至少為2。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示器，所述顯示器通過通信端口與CFAR檢測電路連接，所述顯示器用于顯示目標(biāo)距離信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的無人機(jī)避障系統(tǒng)，其特征在于，所述無人機(jī)避障系統(tǒng)與飛控系統(tǒng)之間采用RS- 422通信協(xié)議進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01S13/93GK103995261SQ201410223289
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】彭向陽, 楊維順, 麥曉明, 王柯, 徐曉剛, 陳銳民, 許鳴 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 中國人民解放軍總參謀部第六十研究所