专利名称：电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种雷达设备，尤其是一种电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达。
背景技术：
毫米波(Millimeter Wave)的工作频率介于微波和光之间，波长为10 1毫米， 因此兼有两者的优点。它具有以下主要特点1)极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为沈.5 300GHz，带宽高达273. 5GHz。 超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达135GHZ，为微波以下各波段带宽之和的5倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。2)波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12cm的天线，在9. 4GHz时波束宽度为18度，而94GHz时波速宽度仅1. 8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。3)与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。4)和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。毫米波雷达测距的原理是雷达系统通过天线向外发射一列连续调频毫米波，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。一般调制信号为三角波信号。反射波与发射波的形状相同，只是在时间上有一个延迟，发射信号与反射信号在某一时刻的频率差即为混频输出的中频信号频率，且目标距离与前端输出的中频频率成正比。如果反射信号来自一个相对运动的目标，则反射信号中包括一个由目标的相对运动所引起的多谱勒频移。根据多谱勒原理就可以计算出目标距离和目标相对运动速度。毫米波雷达系统是一个集传感器、目标、环境和信号处理技术为一体的复杂系统。 在过去的几十年间，国内外在雷达目标识别和测距的理论研究和工程应用方面取得了许多卓有意义的成果，已经开始商用化的汽车防撞系统即为其成功的工程应用之一。机载毫米波雷达也在近十年开始引起各国的广泛关注，但机载毫米波雷达在目标识别功能上仍存在一定的局限性，其原因主要是目标类型的多样性及所处环境的复杂性。目前可用于无人机搭载进行电力巡线的毫米波雷达设备均为单一模式，即近距离大角度搜索目标或远距离小角度追踪目标，不能兼顾无人机进行电力巡线时与高压输电线路距离不确定的情况；且现有机载毫米波雷达一般将采集数据直接交由飞控计算机处理，当无人机上搭载的检测、安全设备较多时，会大大增加飞控计算机的数据处理任务量，各种信号若不预先处理、融合， 可能会产生杂波干扰，影响最终数据的准确性。
发明内容现代无人直升飞机的空难事故中，飞机与高压架空电缆相撞造成的事故占了相当高的比率。因此直升飞机防控雷达必须能发现线径较细的高压架空电缆，需要采用分辨率较高的短波长雷达。搭载多种检测设备的大型无人机在进行电力巡线时，距离线路距离较远 (SO-IOOm)，此时应使用长距离毫米波雷达提供精确的距离和速度数据；而由于GPS误差， 风速大，电磁干扰或其他意外因素，以及需要对输电线路做精细检测的特殊情况的存在，无人机也可能距离输电线路较近(不超过50m)，此时应使用中距离毫米波雷达提供广测量角度和宽覆盖范围。本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能够实现无人机对输电线路近程、高分辨力的目标监视和目标截获，并完成地面走廊的目标搜索和监测的电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案一种电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达，其包括天线模块，所述天线模块与传感器模块相连，传感器模块与信息预处理模块相连，信息预处理模块与信息融合模块相连，信息融合模块与飞控计算机相连。所述天线模块设置于无人机机头位置，采用以JXTBLB系列小型喇叭天线为单元的天线阵列。所述传感器模块由若干个高精度测距传感器和视觉传感器组成。所述信息预处理模块为数据处理芯片。所述信息融合模块为单板计算机。本实用新型中的高精度测距传感器、视觉传感器、数据处理芯片个单板计算机均为现有设备，市场上均可以购买到，在此不再赘述。本实用新型中天线模块用来发射和接收信号。传感器模块可同时测量多目标物体的距离，速度和角度数据，有多个工作频率、多种接收和发射极化形式和可变的信号波形， 且目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。其工作模式包括中距离、长距离两种，二者相结合并可自动转换，以实现中距离宽覆盖范围和高分辨率长距离功能。中距离宽视角可以提供较广的测量角度。长距离可提供精确的距离和速度数据，强大的目标区分能力，最多可识别64个目标。信息预处理模块主要完成数据清理，数据集成，数据变换，数据归约，将传感器模块采集的数据进行预处理，大大提高了采集数据的质量。信息融合模块属于预留模块，主要用于多模式毫米波雷达的信号与其他设备的检测信号进行融合处理；信息融合模块最终与飞控计算机相连，由飞控计算机控制无人机飞行平台的动力装置。本实用新型的有益效果是1.工作模式包括中距离、长距离两种，可精确探测距离无人机IOOm内输电线路及线路走廊中的障碍物，且二者相结合并可自动转换，实现了中距离宽覆盖范围和高分辨率长距离功能。中距离宽视角可以提供较广的测量角度。长距离可提供精确的距离和速度数据，强大的目标区分能力，最多可识别64个目标。2.有预留的信息融合模块，可极方便地与其他设备仪器采集的信息进行融合处理。3.具有较低的功耗。

[0024]图1为本实用新型的结构图；图2为电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达数据处理与接口模块示意图；具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图1所示，一种电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达，其包括天线模块，所述天线模块与传感器模块相连，传感器模块与信息预处理模块相连，信息预处理模块与信息融合模块相连，信息融合模块与飞控计算机相连。所述天线模块设置于无人机机头位置，采用以JXTBLB系列小型喇叭天线为单元的天线阵列。所述传感器模块由若干个高精度测距传感器和视觉传感器组成。所述信息预处理模块为数据处理芯片。所述信息融合模块为单板计算机。本实用新型中天线模块用来发射和接收信号。传感器模块可同时测量多目标物体的距离，速度和角度数据，有多个工作频率、多种接收和发射极化形式和可变的信号波形， 且目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。其工作模式包括中距离、长距离两种，二者相结合并可自动转换，以实现中距离宽覆盖范围和高分辨率长距离功能。中距离宽视角可以提供较广的测量角度。长距离可提供精确的距离和速度数据，强大的目标区分能力，最多可识别64个目标。信息预处理模块主要完成数据清理，数据集成，数据变换，数据归约，将传感器模块采集的数据进行预处理，大大提高了采集数据的质量。信息融合模块属于预留模块，主要用于多模式毫米波雷达的信号与其他设备的检测信号进行融合处理；信息融合模块最终与飞控计算机相连，由飞控计算机控制无人机飞行平台的动力装置。图2为电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达数据处理与接口模块示意图，主要说明信息融合模块的功能和重要性。由此图可看出，数据融合处理模块的存在能够使不同设备仪器的数据信号在进入飞控系统前进行更好的融合，提高飞控系统的工作效率，同时降低飞控系统因数据繁杂而导致的失误率。
权利要求1.一种电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达，其特征在于，包括天线模块，所述天线模块与传感器模块相连，传感器模块与信息预处理模块相连，信息预处理模块与信息融合模块相连，信息融合模块与飞控计算机相连。
2.根据权利要求1所述的电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达，其特征在于，所述天线模块设置于无人机机头位置。
3.根据权利要求1所述的电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达，其特征在于，所述传感器模块由若干个高精度测距传感器和视觉传感器组成。
4.根据权利要求1所述的电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达，其特征在于，所述信息融合模块为单板计算机。
专利摘要本实用新型涉及一种电力线路巡查无人机用多模式毫米波雷达，其包括天线模块，所述天线模块与传感器模块相连，传感器模块与信息预处理模块相连，信息预处理模块与信息融合模块相连，信息融合模块与飞控计算机相连。本实用新型的有益效果是1.工作模式包括中距离、长距离两种，可精确探测距离无人机100m内输电线路及线路走廊中的障碍物，且二者相结合并可自动转换，实现了中距离宽覆盖范围和高分辨率长距离功能。中距离宽视角可以提供较广的测量角度。长距离可提供精确的距离和速度数据，强大的目标区分能力，最多可识别64个目标。2.有预留的信息融合模块，可极方便地与其他设备仪器采集的信息进行融合处理。3.具有较低的功耗。
文档编号G01S13/42GK202141803SQ201120244169
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者刘俍, 张晶晶, 王滨海, 王骞, 郑天茹 申请人:山东电力研究院