發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 08:06

【摘要】：隨著智能技術(shù)的發(fā)展,無(wú)人機(jī)憑借其低成本、高機(jī)動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn),大量應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域。在無(wú)人機(jī)技術(shù)的眾多研究方向中,自主安全著陸作為保障既定任務(wù)順利可靠完成的關(guān)鍵環(huán)節(jié),得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主安全著陸,一個(gè)有效的解決方案就是搭載傳感器對(duì)著陸環(huán)境進(jìn)行感知,毫米雷達(dá)憑借其全天候、低成本、體積小、精度高等優(yōu)點(diǎn)可以為無(wú)人機(jī)安全著陸提供強(qiáng)有力的保障,為此對(duì)毫米波雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行深入研究具有十分重要的意義。首先,介紹了線(xiàn)性調(diào)頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave,LFMCW)雷達(dá)的信號(hào)處理的基本理論知識(shí)。在此基礎(chǔ)上分析了提高雷達(dá)測(cè)距精度的幾種典型算法,包括補(bǔ)零法、基于復(fù)調(diào)制的選帶細(xì)化快速傅里葉變換(ZFFT)、線(xiàn)性調(diào)頻Z變換(Chirp-Z)以及快速傅里葉變換(FFT)和離散時(shí)間傅里葉變換結(jié)合(FFT-DTFT)的方法,并對(duì)這幾種算法進(jìn)行了仿真,對(duì)計(jì)算量、所需存儲(chǔ)空間進(jìn)行了探討,選擇了適用于硬件平臺(tái)的ZFFT算法。然后,基于毫米波雷達(dá)傳感器進(jìn)行信號(hào)處理算法實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了測(cè)距測(cè)速功能,并且實(shí)現(xiàn)了ZFFT算法。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中,對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了1K點(diǎn)FFT、16K點(diǎn)FFT變換和ZFFT變換處理,并使用ZFFT算法進(jìn)行在線(xiàn)處理,測(cè)試結(jié)果表明,使用ZFFT變換可以大幅提高測(cè)距精度,可以精確到毫米級(jí)。設(shè)計(jì)了一組合適的參數(shù),實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)的最大探測(cè)距離超過(guò)40米的目標(biāo)。最后,對(duì)無(wú)人機(jī)降落時(shí)的著陸表面鑒別技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)合LFMCW雷達(dá)中頻信號(hào)的相位對(duì)于微小距離變換敏感的特性,以及在鏡面反射和漫反射下回波強(qiáng)度大小的差異特性,分析了使用相位特征和回波強(qiáng)度特征進(jìn)行著陸表面鑒別的可行性。結(jié)合兩種特征進(jìn)行方案設(shè)計(jì),使用支持向量機(jī)(Support Vector Machine,SVM)對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練及識(shí)別,測(cè)試結(jié)果表明利用以上兩種特征時(shí)可以得到90%以上的識(shí)別率。
【圖文】：

如圖 1-2所示為無(wú)人機(jī)在河道上空飛行，如果降落則會(huì)造成無(wú)人機(jī)的損壞。圖1-1 無(wú)人機(jī)送貨圖1-2 無(wú)人機(jī)河道上空飛行考慮到雷達(dá)受天氣等因素的影響比較小，并且能夠在全天整個(gè)時(shí)段內(nèi)進(jìn)行探測(cè)與感知[6]，，毫米波雷達(dá)可為解決上述問(wèn)題提供有效途徑。其工作頻段處于大氣窗口且大氣衰減相對(duì)較小，同時(shí)高頻段有利于小型化，和激光雷達(dá)、紅外線(xiàn)雷達(dá)等比較，毫米波雷達(dá)有頻譜范圍寬、距離分辨率高、測(cè)速靈敏度高、抗干擾能力及穿透空氣中粒子的能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[7]，能夠在全天候場(chǎng)景下快速感知周邊環(huán)境物體的距離、速度、角度等信息，幫助無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中自動(dòng)規(guī)避障礙物、在降落過(guò)程中規(guī)避危險(xiǎn)區(qū)域等安全工作領(lǐng)域提供準(zhǔn)確、快速的智能預(yù)警，尤其在可見(jiàn)度較低的情況下能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)操作員提供進(jìn)一步的安全輔助，現(xiàn)已成為無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)及其智能裝配領(lǐng)域中的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。將毫米波雷達(dá)與無(wú)人機(jī)平臺(tái)相結(jié)合

如果降落則會(huì)造成無(wú)人機(jī)的損壞。圖1-1 無(wú)人機(jī)送貨圖1-2 無(wú)人機(jī)河道上空飛行考慮到雷達(dá)受天氣等因素的影響比較小，并且能夠在全天整個(gè)時(shí)段內(nèi)進(jìn)行探測(cè)與感知[6]，毫米波雷達(dá)可為解決上述問(wèn)題提供有效途徑。其工作頻段處于大氣窗口且大氣衰減相對(duì)較小，同時(shí)高頻段有利于小型化，和激光雷達(dá)、紅外線(xiàn)雷達(dá)等比較，毫米波雷達(dá)有頻譜范圍寬、距離分辨率高、測(cè)速靈敏度高、抗干擾能力及穿透空氣中粒子的能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[7]，能夠在全天候場(chǎng)景下快速感知周邊環(huán)境物體的距離、速度、角度等信息，幫助無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中自動(dòng)規(guī)避障礙物、在降落過(guò)程中規(guī)避危險(xiǎn)區(qū)域等安全工作領(lǐng)域提供準(zhǔn)確、快速的智能預(yù)警，尤其在可見(jiàn)度較低的情況下能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)操作員提供進(jìn)一步的安全輔助，現(xiàn)已成為無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)及其智能裝配領(lǐng)域中的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。將毫米波雷達(dá)與無(wú)人機(jī)平臺(tái)相結(jié)合
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V279;TN958

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