【摘要】：隨著智能技術的發(fā)展,無人機憑借其低成本、高機動性等優(yōu)點,大量應用于軍事及民用領域。在無人機技術的眾多研究方向中,自主安全著陸作為保障既定任務順利可靠完成的關鍵環(huán)節(jié),得到了國內外學者的廣泛關注。為實現(xiàn)無人機自主安全著陸,一個有效的解決方案就是搭載傳感器對著陸環(huán)境進行感知,毫米雷達憑借其全天候、低成本、體積小、精度高等優(yōu)點可以為無人機安全著陸提供強有力的保障,為此對毫米波雷達技術進行深入研究具有十分重要的意義。首先,介紹了線性調頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave,LFMCW)雷達的信號處理的基本理論知識。在此基礎上分析了提高雷達測距精度的幾種典型算法,包括補零法、基于復調制的選帶細化快速傅里葉變換(ZFFT)、線性調頻Z變換(Chirp-Z)以及快速傅里葉變換(FFT)和離散時間傅里葉變換結合(FFT-DTFT)的方法,并對這幾種算法進行了仿真,對計算量、所需存儲空間進行了探討,選擇了適用于硬件平臺的ZFFT算法。然后,基于毫米波雷達傳感器進行信號處理算法實現(xiàn),實現(xiàn)了測距測速功能,并且實現(xiàn)了ZFFT算法。在實驗測試中,對采集的數(shù)據(jù)進行了1K點FFT、16K點FFT變換和ZFFT變換處理,并使用ZFFT算法進行在線處理,測試結果表明,使用ZFFT變換可以大幅提高測距精度,可以精確到毫米級。設計了一組合適的參數(shù),實現(xiàn)了雷達的最大探測距離超過40米的目標。最后,對無人機降落時的著陸表面鑒別技術進行了研究。結合LFMCW雷達中頻信號的相位對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度大小的差異特性,分析了使用相位特征和回波強度特征進行著陸表面鑒別的可行性。結合兩種特征進行方案設計,使用支持向量機(Support Vector Machine,SVM)對樣本數(shù)據(jù)進行訓練及識別,測試結果表明利用以上兩種特征時可以得到90%以上的識別率。
【圖文】：

如圖 1-2所示為無人機在河道上空飛行，如果降落則會造成無人機的損壞。圖1-1 無人機送貨圖1-2 無人機河道上空飛行考慮到雷達受天氣等因素的影響比較小，并且能夠在全天整個時段內進行探測與感知[6]，，毫米波雷達可為解決上述問題提供有效途徑。其工作頻段處于大氣窗口且大氣衰減相對較小，同時高頻段有利于小型化，和激光雷達、紅外線雷達等比較，毫米波雷達有頻譜范圍寬、距離分辨率高、測速靈敏度高、抗干擾能力及穿透空氣中粒子的能力強的優(yōu)點[7]，能夠在全天候場景下快速感知周邊環(huán)境物體的距離、速度、角度等信息，幫助無人機在飛行過程中自動規(guī)避障礙物、在降落過程中規(guī)避危險區(qū)域等安全工作領域提供準確、快速的智能預警，尤其在可見度較低的情況下能夠為無人機操作員提供進一步的安全輔助，現(xiàn)已成為無人機產(chǎn)業(yè)及其智能裝配領域中的熱點研究問題。將毫米波雷達與無人機平臺相結合

如果降落則會造成無人機的損壞。圖1-1 無人機送貨圖1-2 無人機河道上空飛行考慮到雷達受天氣等因素的影響比較小，并且能夠在全天整個時段內進行探測與感知[6]，毫米波雷達可為解決上述問題提供有效途徑。其工作頻段處于大氣窗口且大氣衰減相對較小，同時高頻段有利于小型化，和激光雷達、紅外線雷達等比較，毫米波雷達有頻譜范圍寬、距離分辨率高、測速靈敏度高、抗干擾能力及穿透空氣中粒子的能力強的優(yōu)點[7]，能夠在全天候場景下快速感知周邊環(huán)境物體的距離、速度、角度等信息，幫助無人機在飛行過程中自動規(guī)避障礙物、在降落過程中規(guī)避危險區(qū)域等安全工作領域提供準確、快速的智能預警，尤其在可見度較低的情況下能夠為無人機操作員提供進一步的安全輔助，現(xiàn)已成為無人機產(chǎn)業(yè)及其智能裝配領域中的熱點研究問題。將毫米波雷達與無人機平臺相結合
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279;TN958

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