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发布时间:2016-05-25 点击数:3508

毫米波雷达避障神器之电力巡线无人机自动避障

 
概述:
   现代直升飞机的空难事故中,飞机与高压电缆相撞造成的事故占了相当高的比例,电力巡线无人机同样面临这样的问题,如果一项技术能够能识别电线,并提前避障,这将给无人机巡线带来巨大的价值。纳雷sp70毫米波雷达,能提前识别前方0.1~8米处的电线,提前避障,这将是电力巡线无人机领域的一项新技术。

无人机电力巡检前景广阔
   随着输电高压等级的不断提高,输电线路的巡线作业对维护区域的安全、稳定、高效运行越来越重要。输电线路跨区域分布,点多面广,所处地形复杂,自然环境恶劣,输电线路设备长期暴露在野外。传统的人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦,特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡查,以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查,所花时间长、人力成本高、困难大,某些线路区域和某些巡线项目人工巡查方法目前还难以完成。对于高压线路而言,如果巡线工人进行带电作业的话,人身安全将受到很大的威胁。
   利用无人机进行电力巡线是一种安全、快速、高效、前途广阔的替代人工巡线的方式,目前国内已有大量应用。现代无人机具备高空、远距离、快速、自行作业的能力,可以穿越高山、河流对输电线路进行快速巡线,进行全光谱的快速摄像和故障监测。无人机作业可以大大提高输电维护和检修的速度和效率,并且能够适用各种复杂恶劣的自然环境和气候条件。 



无人机巡线,避障是很大的挑战
   为了巡线设备的正常运行,需要使无人机与电力线保持一定的安全距离。电力巡线无人机属工业无人机,价格十分昂贵,因此提高无人机在复杂环境下的飞行安全性变得尤为重要。
   目前市面上已有基于视频图像、超声波雷达或者激光雷达等传感器的无人机自动避障系统,但是上述传感器都存在一些缺陷,例如激光雷达传感器成本过高,超声波传感器作用距离有限且容易受干扰。
   视觉图像传感器在弱光下探测性能会大幅降低,且对图像处理器性能要求高,毫米波雷达传感器能够克服这些缺点,是解决无人机自动避障和测高的一种优选方案。

毫米波雷达:电力巡线无人机“保护神”
   毫米波雷达传感器通过天线向外发射一系列连续调频的电磁波,并接收目标反射的电磁波信号。反射波与发射波的调频形状相同,只在时间上形成一个延迟,同一时刻的发射和反射信号经过混频后输出中频信号,距离越大,延时越大,相应中频频率也越高。由于运动目标的多普勒效应,中频信号同时包含有距离延时引起的差频和多谱勒频率。根据多谱勒原理就可以计算出目标距离和相对运动速度。
   一个类似的应用场景是直升机避障。现代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例。由于直升机载重能力有限,要求机载设备应该尽量少占重量和体积。同时,在飞机避障过程中,检测较细的电力线是非常重要的一环,电力线的雷达散射截面很小,因此要求探测器有相当高的角度和距离分辨能力,并且具有一定的探测范围。毫米波雷达小体积、高分辨率和低功耗等特点完全符合这些要求,实际中多采用3mm雷达。此外,毫米波雷达还具有在雨雪、雾霾、沙尘等恶劣条件下全天时正常工作的能力,和很强的抗地杂波能力。

毫米波雷达已经具备小型化,广泛商业应用
   波长为1~10毫米的电磁波称毫米波(millimeter wave ),早在2012年,24ghz频段就被工信部规定用于汽车短距雷达应用,除了国外厂商,国内已有公司开始批量应用;
   湖南纳雷科技是一家专业从事毫米波雷达产品研发、生产和销售的科技公司,并且针对无人机应用研发的k波段毫米波雷达传感器,具备自动避障、精准测高等功能。目前上市的sp70系列雷达,能够精确测量目标物体的速度、运动方向、距离、方位角度等信息,探测距离从0.1米到40米不等,且具有小型化、低功耗和高可靠性等特点,探测性能大幅优于超声波等其他类型传感器。


   应用于电力巡线无人机上的雷达传感器要求同时具备小体积、低成本、低功耗、高可靠性等特性。sp70 k波段雷达传感器将天线、射频电路以及信号处理电路集成到一块多层pcb板上,尺寸仅为85mm×63mm×13mm,并且具有极低的功耗。通过改进的射频电路和信号处理算法,sp70可准确探测0.1米到40米范围内的目标。sp70雷达传感器能够满足电力巡线无人机自动避障系统的需求。


sp70系列毫米波雷达:

 

参数

sp70

sp70c

调制方式

fmcw

fmcw

发射频率

24.00~24.20ghz

24.00~24.20ghz

发射功率(eirp)

13-24dbm

13-24dbm

刷新率

50hz

50hz

距离范围

0.1~40m(人)
0.1~50m(乘用车)

0.1~8m(10mm 电缆)
0.1~40m(建筑物)

距离精度

±0.1m

±0.1m

速度范围

±70m/s

±70m/s

速度精度

1.2m/s

1.2m/s

速度分辨率

2.4m/s

2.4m/s

距离分辨率

0.75m

0.75m

波束宽度(方位面)

±50°(-6db)

±50°(-6db)

波束宽度(俯仰面)

±10°(-6db)

±10°(-6db)

目标数

8个

8个

接口协议

ttl uart,传输波特率为115200bps

ttl uart,传输波特率为115200bps

接口

can 、uart

can 、uart

供电电压

9~36v

4~6v

功耗

2.4w

2.4w

尺寸

85×63×13(mm)

85×63×13(mm)

重量

23g

23g

安装要求

开放式安装

开放式安装

工作温度
存储温度

—40℃~ 85℃
—60℃~ 125℃

—40℃~ 85℃
—60℃~ 125℃

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