環(huán)境感知與地下空間導(dǎo)航是煤礦智能化信息領(lǐng)域的重要研究方向,對(duì)實(shí)現(xiàn)無人化、全自動(dòng)化、智能化的煤礦生產(chǎn)作業(yè)至關(guān)重要。隨著第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5th generation mobile networks,5G)和毫米波成像雷達(dá)軟硬件日益緊密結(jié)合與成熟,毫米波探測(cè)與通訊應(yīng)用到更多領(lǐng)域。5G通訊技術(shù)依托高速率、低延時(shí)、高帶寬的特點(diǎn)給現(xiàn)有的無線電通訊技術(shù)帶來巨大的變革;同時(shí),毫米波雷達(dá)相比激光雷達(dá),低成本、抗干擾、三維點(diǎn)云(3 dimension point cloud,3D)數(shù)量相對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)量少1～2個(gè)數(shù)量級(jí)的特點(diǎn),使得其在地下環(huán)境3D成像及同步定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注�；�5G通訊的V2X(Vehicle to Everything)技術(shù)結(jié)合毫米波SLAM導(dǎo)航,為煤礦機(jī)器人的自主導(dǎo)航提供新的解決方案。系統(tǒng)綜述了當(dāng)下煤礦機(jī)器人自主導(dǎo)航以及實(shí)現(xiàn)煤礦智能化所面臨的問題;近期國內(nèi)外毫米波成像最新進(jìn)展;地下環(huán)境毫米波雷達(dá)模塊組通訊與信號(hào)獲取方法;高分辨率成像遇到的稀疏特征提取問題;稀疏點(diǎn)云的處理策略與算... 

【文章來源】：煤炭學(xué)報(bào). 2020年06期 北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

不同場(chǎng)景下車載、機(jī)載和移動(dòng)式毫米波雷達(dá)工作示意

隨著技術(shù)的發(fā)展和迭代,單芯片集成化毫米波雷達(dá)(MMIC)和虛擬孔徑4D成像雷達(dá)成為前沿技術(shù)。目前,美國TI(Texas Instruments)公司推出首款集成了射頻前端、DSP和MCU的RFCMOS單芯片毫米波傳感器,在減小尺寸的同時(shí)檢測(cè)空間和速度分辨率提高了3倍,多個(gè)芯片級(jí)聯(lián)有效增強(qiáng)了雷達(dá)的分辨率[12]。目前,基于方位角、仰角、距離和多普勒等四維數(shù)據(jù)立方體的4D成像雷達(dá)[13],支持2 000多個(gè)虛擬通道,實(shí)現(xiàn)方位1°、高程2°分辨率,每秒3.6萬點(diǎn)云輸出。此外,英飛凌、NXP、ADI、安森美、瑞薩等國際半導(dǎo)體公司也在推出毫米波雷達(dá)芯片,集成化毫米波芯片的出現(xiàn)大大降低了智能化設(shè)備開發(fā)難度和成本,預(yù)計(jì)未來有更多毫米波產(chǎn)業(yè)的落地。國內(nèi)毫米波雷達(dá)芯片已經(jīng)起步,但還需不斷地積累核心技術(shù)。2.2 5G通訊融合

隨著技術(shù)不斷成熟以及成本不斷降低,探測(cè)與通訊軟硬件一體化設(shè)計(jì)成為趨勢(shì)。國際最新IEEE 802.11ad高速無線通訊標(biāo)準(zhǔn),其幀數(shù)據(jù)具有良好相關(guān)性的重復(fù)序列,適合于雷達(dá)測(cè)距[20-21]。在未來采用共口徑天線技術(shù)結(jié)合分時(shí)復(fù)用的硬件,可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)探測(cè)與高速無線通訊兩種功能集成。如圖3所示,MCU控制雷達(dá)的分時(shí)復(fù)用,77G射頻及V2X射頻分別通過共口徑天線收發(fā)77G的探測(cè)毫米波和基于5G通訊的V2X毫米波。下一代無人駕駛不僅需要依賴機(jī)器人所配備的毫米波傳感器進(jìn)行環(huán)境感知,還需要與其他機(jī)器人、路邊基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施(基站)、終端進(jìn)行5G通訊。單個(gè)機(jī)器人自身的環(huán)境感知與智能車聯(lián)網(wǎng)V2X的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)無人化、全自動(dòng)化的大規(guī)模機(jī)器人的集群作業(yè)。如圖4所示,在巷道轉(zhuǎn)角處的運(yùn)輸車3對(duì)于其他運(yùn)輸車來說是盲區(qū)。傳統(tǒng)“沿墻壁”反應(yīng)式導(dǎo)航,在彎道必須減速;SLAM導(dǎo)航重復(fù)進(jìn)入相同環(huán)境時(shí),可利用先驗(yàn)離線地圖信息,提前動(dòng)作應(yīng)對(duì)彎道等路況;如果彎道處有車輛3的存在,那么前2種方法均會(huì)失效,只有通過V2X獲取車輛3的速度、位置信息和動(dòng)作方向,才可以更好的規(guī)劃路徑,保證行駛安全。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]77GHz微帶陣列天線的研究[D]. 段雷.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2937948