CN110147119A - 一种自动化雷达生命探测无人机控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化雷达生命探测无人机控制方法及***，属于电子技术领域；所述的控制***包括无人机终端和移动终端；无人机终端包括雷达探测器、无人机传感器和主控单元；雷达探测器、无人机传感器和主控单元配合，无人机终端与移动终端配合，能够将探测信号和检测信号进行传递，移动终端对信号做出反馈，将控制信号发送至无人机终端内，主控单元对控制信号进行降噪处理后，作用于无人机终端的雷达探测器和油门、舵机与机翼，对无人机终端的飞行速度、方向以及探测区域进行控制，从而实现任务的自动化执行，自动化程度高，满足不同工作场景的使用需求。

Description

一种自动化雷达生命探测无人机控制方法及***

技术领域

本发明公开一种自动化雷达生命探测无人机控制方法及***，涉及电子技术领域。

背景技术

生命探测器探测幸存者是将心跳、脉搏、呼吸等能够代表生命信息的信号转换为其它能量形式进行显示，如声波、电波、红外辐射等。声波生命探测仪能够判别地表和地下一定深度生命的存在，但是容易受周围宽频噪声影响。红外生命探测仪，只能探测到有发热源的人或物体，不能有物体隔挡，使用范围狭窄。雷达生命探测仪，探测距离30-50米，穿透实体砖墙可达2-3米。雷达生命探测仪是目前世界上最先进的生命探测仪，它主动探测的方式使其不易受到温度、湿度、噪音、现场地形等因素的影响，电磁信号连续发射机制更增加了其区域性侦测的功能。但是雷达生命探测仪的使用上，受制于使用时人员所能到达的场景，不能自动化的执行任务。针对这一缺陷，本专利设计了一种雷达生命探测无人机的电路***，极大的满足了特殊场景需求。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提供一种自动化雷达生命探测无人机控制方法及***，所采用的技术方案为：一种自动化雷达生命探测无人机控制***，包括无人机终端和移动终端；

无人机终端包括雷达探测器、无人机传感器和主控单元；

雷达探测器将生命探测信号传递至主控单元内，主控单元对探测信号进行过滤，在探测信号中的多普勒频率中提取人体生命特征信息，无人机传感器将无人机终端的飞行状态和环境状态的检测信号传递至主控单元内，主控单元将探测信号和检测信号的信号波段进行压缩处理，然后信号传递给移动终端，移动终端对探测信号和检测信号进行分析处理后，发出控制信号给无人机终端，无人机终端将控制信号中的信道噪声和干扰进行滤除，主控单元通过控制信号控制无人机终端的飞行速度、飞行方向及探测区域。

所述无人机终端和移动终端之间通过基站信号收发器信号连接。

所述雷达探测器通过滤波器组件将探测信号传送至主控单元内，探测信号在片上RAM上暂存，片上RAM将探测信号发送给帧打包模块进行信息打包处理，通过数字基带发送信号处理模块发送给基站信号收发器。

所述无人机传感器通过飞控单元模块将检测信号传递至主控单元内，检测信号在片上RAM上暂存，片上RAM将检测信号发送给帧打包模块进行信息打包处理，通过数字基带发送信号处理模块发送给基站信号收发器。

所述无人机终端的基站信号收发器接收到控制信号后，通过数字基带接收信号处理模块连接飞控单元模块，飞控单元模块对无人机终端的油门、舵机和机翼进行控制的同时，通过波形生成模块连接雷达探测器，雷达探测器发射探测信号。

所述帧打包模块通过电量管理模块连接太阳能充电器的电源监测芯片，移动终端的移动控制模块连接太阳能充电器的电源监测芯片；太阳能充电器包括太阳能电池板、充电电池、充电管理芯片和电源监测芯片。

所述基站信号收发器包括基站信号发送器、功率放大器、DA转换器、AD转换器、下变频器、放大器和基站信号接收器；

无人机终端的基站信号收发器的DA转换器和主控单元之间通过数字基带发送信号处理模块连接，AD转换器和主控单元之间通过数字基带接收信号处理模块连接；

移动终端的基站信号收发器和移动控制模块之间通过DA转换器和AD转换器电连接。

所述滤波器组件包括心跳检测低通滤波器和肢体移动带通滤波器。

所述雷达探测器包括雷达信号接收器、电压跟随器、放大器、AD转换器、脉冲发射机和雷达信号发送器，AD转换器和控制单元模块之间同时通过心跳检测低通滤波器和肢体移动带通滤波器连接，脉冲发射机和主控单元之间通过波形生成模块连接。

所述无人机传感器包括IMU惯性测量单元、气压高度计、空速计和GPS定位。

所述IMU惯性测量单元包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器和气压计。

一种自动化雷达生命探测无人机控制方法，利用雷达探测器发送雷达信号获得生命探测信号，利用无人机传感器对无人机终端的飞行状态和环境状态进行检测获得检测信号；

无人机终端的主控单元将探测信号过滤，对探测信号的多普勒频率中的人体生命特征信息进行提取；

无人机终端的主控单元将探测信号和检测信号的信号波段进行压缩处理后信号传递给移动终端；

移动终端对探测信号和检测信号进行分析处理后，发出控制信号信号传递给无人机终端；

无人机终端的主控单元将控制信号中的信道噪声和干扰进行滤除，控制无人机终端的飞行速度、飞行方向和探测区域。

所述主控单元通过滤波器组件将雷达探测器的探测信号进行过滤采取，获取多普勒频率中人体生命特征信息，将探测信号暂存在片上RAM上。

所述主控单元通过飞控单元模块将无人机传感器内的检测信号暂存在片上RAM上。

所述帧打包模块通过电源管理模块获取太阳能充电器内电源监测芯片的检测信号。

所述片上RAM将探测信号和检测信号的波段通过帧打包模块进行压缩处理后，帧打包模块将探测信号、检测信号和监测信号通过数字基带发送信号处理模块发送。

所述移动终端对探测信号、检测信号和监测信号进行接收，移动终端的移动控制模块对接收的信息进行分析处理后，发出控制信号至无人机终端。

所述数字基带接收信号处理模块对控制信号中的信道噪声和干扰进行滤除后，无人机终端的飞控单元模块和波形生成模块通过控制信号分别对无人机终端的油门、舵机、机翼和雷达探测器进行控制。

所述无人机终端和移动终端之间通过基站信号收发器信号连接，具体步骤为：

步骤一：雷达探测器发送电磁波对人体生命特征信号进行检测，无人机传感器对外界环境进行检测，电源管理模块对太阳能充电器进行管理；

步骤二：探测信号通过滤波器组件过滤后传递至片上RAM上暂存；检测信号通过飞控单元模块传递至片上RAM上暂存；

步骤三：片上RAM将探测信号和检测信号发送至帧打包模块内；电源管理模块将电源的监测信号发送至帧打包模块内；

步骤五：帧打包模块将打包的探测信号、检测信号和监测信号信息通过数字基带发送信号处理模块、经无人机终端的基站信号收发器进行发送；

步骤六：移动终端通过基站信号收发器将无人机终端的信号进行接收；

步骤七：移动控制模块通过对探测信号、检测信号和监测信号进行分析处理，将控制信号反馈至基站信号接收器内；

步骤八：移动终端的基站信号收发器将控制信号发送至无人机终端的基站信号收发器内；

步骤九：基站信号收发器将控制信号通过数字基带接收信号处理模块传递至飞控单元模块内；

步骤十：飞控单元模块控制无人机终端的油门、舵机和机翼，操控无人机的飞行速度、方向以及探测区域。

本发明的有益效果为：雷达探测器、无人机传感器和主控单元配合，主控单元能够对雷达探测器和无人机传感器测得的探测信号和检测信号新型压缩处理，便于信号的发送传递，保证无人机终端和移动终端之间信号连接的稳定性；

无人机终端与移动终端配合，能够将探测信号和检测信号进行传递，移动终端对信号做出反馈，将控制信号发送至无人机终端内，主控单元对控制信号进行降噪处理后，作用于无人机终端的雷达探测器和油门、舵机与机翼，对无人机终端的飞行速度、方向以及探测区域进行控制，从而实现任务的自动化执行，自动化程度高，满足不同工作场景的使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是无人机终端的工作原理示意图；图2是移动终端的工作原理示意图；图3是本控制方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一：

一种自动化雷达生命探测无人机控制***，包括无人机终端和移动终端；

无人机终端包括雷达探测器、基站信号收发器、太阳能充电器、无人机传感器和主控单元；雷达探测器包括雷达信号接收器、电压跟随器、放大器、AD转换器、脉冲发射机和雷达信号发送器；主控单元可以采用xilinx ZU9EG型号的FPGA，主控单元包括飞控单元模块、片上RAM、帧打包模块、心跳检测低通滤波器、肢体移动带通滤波器、波形生成模块、数字基带发送信号处理模块、数字基带接收信号处理模块和电源管理模块；

移动终端包括基站信号收发器、移动控制模块和太阳能充电器；

利用本控制***或控制方法，在无人机终端飞行工作时，雷达探测器发送特定形式的电磁波，当电磁波照射带人体后，其回波信号被人体生命特征所调制而产生多普勒频率后，通过AD转换器通过心跳监测低通滤波器和肢体移动带通滤波器对接收到的回波进行过滤，从而提取到多普勒频率中人体生命特征信息，将探测信号暂存在片上RAM上，片上RAM是FPGA内部的临时数据存储IP；

无人机终端的太阳能充电器通过电源管理模块连接帧打包模块；

无人机传感器对无人机终端的外界环境情况进行检测，将检测信号通过飞控单元模块暂存在片上RAM内；

片上RAM将探测信号和检测信号发送给帧打包模块，帧打包模块将探测信号、检测信号和监测信号通过数字基带发送信号处理模块进行信道传输的基带信号波形，数字基带信号发送器能够将输入信号的频谱进行压缩，利于信号的传输；

无人机终端的基站信号收发器将数字基带信号发送器内的信号进行发送，移动终端的基站信号收发器进行信号接收，移动控制模块采用FPGA芯片，移动控制模块的PL部分对信号进行接收，然后通过移动控制模块的PS部分传递至移动控制终端的DP显示屏，工作人员能够通过DP显示屏了解无人机终端的工作状态，工作人员根据无人机终端的工作状态通过usb鼠标和DP显示屏输入下发指令，控制信号将移动控制模块的PS部分经AXI总线传输到移动控制模块的PL部分，然后通过移动终端的基站信号收发器将控制信号发出，无人机终端的基站信号接收器将控制信号接收后传递至数字基带接收处理模块内，数字基带接收信号处理模块包括接收滤波器模块、抽样判决器模块、定时脉冲和同步提取模块，接收滤波器模块对控制信号进行接收，并对控制信号内的信道噪声和其他干扰进行滤除，对信道特性进行均衡，便于抽样判别器对输出的基带波形进行抽样判决，数字基带接收信号处理模块将控制信号传递至波形生成模块和飞控单元模块内，波形生成模块连接雷达探测器继续进行探测信号的检测工作，飞控单元模块将控制信号进行运算，计算出补偿方向和补偿角后，将补偿数据编译成电子信号输出给无人机终端的舵机和油门，舵机和油门执行命令进行补偿动作控制机翼飞行，无人机传感器持续感知无人机终端的飞行状况，再将检测信号传递至飞控单元模块内，形成循环，从而实现对无人机终端的飞行速度、方向以及探测区域的控制，使得探测任务更加高效；

同时移动终端能够通过对无人机终端电源管理模块的信息进行分析，当监测到太阳能充电器的电量到达警戒线时候，无人机终端能够在移动终端的控制下飞向太阳能充足处或更改无人机终端的工作模式降低电量消耗，机动灵活，在搜救过程中可大大增大搜救范围，提高搜救效率。

实施例二：

在实施例一基础上，所述太阳能充电器包括太阳能电池板、充电管理芯片、充电电池和电池监测芯片，当无人机终端的电池监测芯片监测到充电电池的电量达到将界限时，电池监测芯片主动将电量信息打包至电源管理模块，提高本无人机终端运行的可靠性和智能化程度。

实施例三：

在实施例一或实施例二的基础上，所述无人机传感器包括IMU惯性测量单元、气压高度计、空速计和GPS定位，无人机受控对象包括油门、舵机和机翼；IMU惯性测量单元、气压高度计、空速计和GPS定位能够对本无人机终端的飞行环境进行检测，保证飞行环境的安全性，同时通过对油门、舵机和机翼和操控来改变本无人机终端的飞行方向和速度。

实施例四：

在实施例三的基础上，所述IMU惯性测量单元包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器和气压计；

三轴陀螺仪能够同时对无人机终端的6个方向的位置、移动轨迹和加速进行测定，三轴加速度计能够测量无人机终端的空间加速度，三轴地磁传感器为无人机终端的飞行提供地磁场坐标，压计能够实时测量无人机终端飞行高度的大气压强，保证本无人机终端飞行环境的安全性，从而扩大本无人机终端的工作应用范围。

实施例五：

在实施例一-四任一实施例的基础上，所述基站信号收发器包括基站信号发送器、功率放大器、DA转换器、AD转换器、下变频器、放大器和基站信号接收器；功率放大器和DA转换器配合，能够将模拟信号转换成数字信号后经功率放大器放大后通过基站信号发送器发出，保证移动控制模块和主控单元信号接收的准确性和稳定性，增加信号传递的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自动化雷达生命探测无人机控制***，其特征是所述的控制***包括无人机终端和移动终端；

无人机终端包括雷达探测器、无人机传感器和主控单元；

雷达探测器将生命探测信号传递至主控单元内，主控单元对探测信号进行过滤，在探测信号中的多普勒频率中提取人体生命特征信息，无人机传感器将无人机终端的飞行状态和环境状态的检测信号传递至主控单元内，主控单元将探测信号和检测信号的信号波段进行压缩处理，然后信号传递给移动终端，移动终端对探测信号和检测信号进行分析处理后，发出控制信号给无人机终端，无人机终端将控制信号中的信道噪声和干扰进行滤除，主控单元通过控制信号控制无人机终端的飞行速度、飞行方向及探测区域。

2.根据权利要求1所述的控制***，其特征是所述无人机终端和移动终端之间通过基站信号收发器信号连接。

3.根据权利要求2所述的控制***，其特征是所述雷达探测器通过滤波器组件将探测信号传送至主控单元内，探测信号在片上RAM上暂存，片上RAM将探测信号发送给帧打包模块进行信息打包处理，通过数字基带发送信号处理模块发送给基站信号收发器。

4.根据权利要求3所述的控制***，其特征是所述无人机传感器通过飞控单元模块将检测信号传递至主控单元内，检测信号在片上RAM上暂存，片上RAM将检测信号发送给帧打包模块进行信息打包处理，通过数字基带发送信号处理模块发送给基站信号收发器。

5.根据权利要求4所述的控制***，其特征是所述无人机终端的基站信号收发器接收到控制信号后，通过数字基带接收信号处理模块连接飞控单元模块，飞控单元模块对无人机终端的油门、舵机和机翼进行控制的同时，通过波形生成模块连接雷达探测器，雷达探测器发射探测信号。

6.根据权利要求5所述的控制***，其特征是所述帧打包模块通过电量管理模块连接太阳能充电器的电源监测芯片，移动终端的移动控制模块连接太阳能充电器的电源监测芯片；太阳能充电器包括太阳能电池板、充电电池、充电管理芯片和电源监测芯片。

7.根据权利要求2-6任一所述的控制***，根据所述基站信号收发器包括基站信号发送器、功率放大器、DA转换器、AD转换器、下变频器、放大器和基站信号接收器；

无人机终端的基站信号收发器的DA转换器和主控单元之间通过数字基带发送信号处理模块连接，AD转换器和主控单元之间通过数字基带接收信号处理模块连接；

移动终端的基站信号收发器和移动控制模块之间通过DA转换器和AD转换器电连接。

8.根据权利要求7所述的控制***，其特征是所述滤波器组件包括心跳检测低通滤波器和肢体移动带通滤波器。

9.根据权利要求8所述的控制***，其特征是所述雷达探测器包括雷达信号接收器、电压跟随器、放大器、AD转换器、脉冲发射机和雷达信号发送器，AD转换器和控制单元模块之间同时通过心跳检测低通滤波器和肢体移动带通滤波器连接，脉冲发射机和主控单元之间通过波形生成模块连接。

10.一种自动化雷达生命探测无人机控制方法，根据权利要求1-9任一所述的控制***，利用雷达探测器发送雷达信号获得生命探测信号，利用无人机传感器对无人机终端的飞行状态和环境状态进行检测获得检测信号；

无人机终端的主控单元将探测信号过滤，对探测信号的多普勒频率中的人体生命特征信息进行提取；

无人机终端的主控单元将探测信号和检测信号的信号波段进行压缩处理后信号传递给移动终端；

移动终端对探测信号和检测信号进行分析处理后，发出控制信号信号传递给无人机终端；

无人机终端的主控单元将控制信号中的信道噪声和干扰进行滤除，控制无人机终端的飞行速度、飞行方向和探测区域。