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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：