无人机载雷达设计与制作(附件)
“无人机”（“UAV”）即为无人驾驶飞机，通过无线电进行遥控，且其自身的内部装置程序能够控制。在国外关于无人机的研究，将其运用至民用方面，且在遥感领域的应用也正处于发展阶段。基于无人机的飞行技术、导航技术等科技的高速发展，对无人机载雷达要求也日益提高。本系统的设计与制作以超声波雷达技术为基础，结合STC89C51单片机为处理器。通过STC89C51结合超声波传感器模块、温度传感器、液晶显示屏等模块，形成一个适用于无人机挂载的小型雷达系统。挂载雷达后可以通过无人机对目标进行探测，运用超声波模块，当无人机探测到前方物体时触发蜂鸣器进行报警。结合ESP8266WIFI模块，实现无线收发，对障碍物与无人机距离进行监测。关键词 无人机载雷达，探测目标，单片机，超声波传感器模块
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究现状分析 1
1.3 课题研究意义 2
1.4 课题的主要任务 3
2 系统设计概述 3
2.1 系统总体硬件设计 3
2.2 系统总体软件设计 5
3 STC89C51单片机概述 6
3.1 STC89C51原理 6
3.2 STC89C51特征及应用 7
3.3 STC89C51内部结构 8
4 超声波传感器HCSR04 10
4.1 超声波的特性 10
4.2 超声波传感器HCSR04原理 12
4.3 超声波传感器HCSR04内部结构 13
5 雷达系统显示模块 15
5.1 LCD1602原理 15
5.2 LCD1602内部结构 16
6 雷达系统各组成模块 17
6.1 供电模块 18
6.2 按键及复位模块 18
6.3 晶体振荡器模块 20
6.4 温度传感器 21
6.5 蜂鸣器 22
7 雷达系统数据传输模块 23
7.1 ESP8266 WIFI原理 23
7 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 ESP8266 WIFI测试 25
8 系统软件设计与调试 27
8.1 STC89C51主程序 27
8.2 LCD1602显示程序 28
8.3 蜂鸣器报警程序 29
8.4 按键程序 30
9 系统实物调试 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录（A） 35
附录（B） 36
附录（C） 37
1 绪论
1.1 课题研究背景
“无人机”（“UAV”）即为无人驾驶飞机，通过无线电进行遥控，且其自身的内部装置程序能够控制。无人机具有机动性能良好，成本低等优点。因而被广泛地应用在航空摄影、地图测绘、电力线巡检、城市规划等领域。无人机的应用领域包括军用与民用两方面。在国外关于无人机的研究，将其运用至民用方面，且在遥感领域的应用也正处于发展阶段。基于无人机的飞行技术、导航技术等科技的高速发展，对无人机载雷达要求也日益提高。
目前，我国的无人机产业快速发展，最为著名的就是深圳市大疆创新科技有限公司。大疆公司致力于无人机的创新事业，并不断将无人机应用拓展到各方面领域。大疆无人机涉及领域包括无人机各部分结构设计、飞行稳定云台系统、电路运行系统、无线通信系统及控制系统部分等，并在全球提交各方面的专利，获得众多专利授权。基于国内无人机事业已处于世界前沿科技阶段，无人机载雷达还需进一步发展。在已有的良好的无人机架构上搭载雷达系统，提高雷达系统性能，进一步推进无人机的功能拓展。
1.2 课题研究现状分析
无人机于1920年代最早出现，在1914年研制出的由无线电操控的小型无人驾驶设备。第一架无人机于1917年被研制出来，之后运用于越南战争战场上，开始了无人机的真正应用。无人机在战场上用处颇多，最主要则是其战场侦察功能。而在无人机科技方面的领先者，就不得不提到美国，其在无人机领域的科技水平领跑全世界。
美国最早于1939年开始研制无人靶机，先后研制出"火蜂（Firebee）"系列和 " Chukar "系列靶机[1]。自1950年代后，美国开始研制了大量的无人侦察机。这之中包括“火蜂”、“捕食者”、“先锋”和最为知名的“全球鹰”型号，这些无人机被广泛的应用于军事之中。1990年之前，无人机载主要依靠航空照相机、前视红外仪等设备为主。这些辅助设备以光学和物理辐射原理为基础，形成成像，但是对天气要求严格，不适用与各种战场的恶劣条件之下。而雷达具有全天候、全天时、远距离和高分辨等优点，已成为无人侦察机的主要载荷[2]。随着微电子技术和微波技术的发展变化，无人机载雷达功能也在不断进步。雷达天线的电性能指标( 如增益、 副瓣电平、 波束指向等) 与雷达系统的战术、 技术指标密切相关，很大程度上决定了雷达的探测性能[3]。目前无人机载雷达因其具有结构紧凑、 重量轻、 可靠性高等好处[4]，逐渐被推广应用至各领域。
就无人机挂载的雷达型号来说，通常分为多普勒雷达和有源、无源相控阵雷达，当前世界上的飞行器如果配置较高的话通常会选用相控阵雷达。机载相控阵雷达波控设备通过简化设计及大规模集成电路应用，利用光纤收发模块设计、数据缓存及编码控制模块设计、分发及并串控制模块设计等措施[5],因其收发频率范围广，且无需旋转，而广泛应用。由于机载相控阵雷达对于规格的限制，探测范围能在40km至200km之间。机载相控阵雷达波控设备通过简化设计及大规模集成电路应用， 利用光纤收发模块设计、数据缓存及编码控制模块设计、分发及并串控制模块设计等措施。1970年代后，微电子技术的发展，电路越来越高度的集成化，不仅提高了雷达在信息处理方面的能力，也提高了无人机的自适应性。例如机载脉冲多普勒雷达的应用，使得抑制地面或水面杂波的能力增强[6]。结合机载脉冲多普勒雷达，无人机能获得更大的作战航空领域。且其具有完善的自检系统，能够有效隔离故障，使得无人机载雷达的可靠性能提高，其维修性更加便利。
无人机的发展在国内也呈现迅猛趋势。1950年代无人机载雷达技术开始进入起步阶段，在起步阶段时利用苏联米格17和米格19的军用无人机雷达系统[7]。苏联的无人机雷达系统只能用于测量雷达与目标间的距离，且其作用距离不超过两千米。1960年后，为满足强5攻击机的使用需要，我国研制出了为317型雷达。我国的317型雷达运用单脉冲体制，拥有多种适用军事功能，包括跟踪目标物功能，进行地形的测绘功能，上空领域的搜索功能等各方面用途。而随后进入了21世纪，我国无人机载火控雷达进入了推广阶段，技术逐渐成熟，其火控雷达技术不弱后与科技水平先进的国家。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究现状分析 1
1.3 课题研究意义 2
1.4 课题的主要任务 3
2 系统设计概述 3
2.1 系统总体硬件设计 3
2.2 系统总体软件设计 5
3 STC89C51单片机概述 6
3.1 STC89C51原理 6
3.2 STC89C51特征及应用 7
3.3 STC89C51内部结构 8
4 超声波传感器HCSR04 10
4.1 超声波的特性 10
4.2 超声波传感器HCSR04原理 12
4.3 超声波传感器HCSR04内部结构 13
5 雷达系统显示模块 15
5.1 LCD1602原理 15
5.2 LCD1602内部结构 16
6 雷达系统各组成模块 17
6.1 供电模块 18
6.2 按键及复位模块 18
6.3 晶体振荡器模块 20
6.4 温度传感器 21
6.5 蜂鸣器 22
7 雷达系统数据传输模块 23
7.1 ESP8266 WIFI原理 23
7 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.2 ESP8266 WIFI测试 25
8 系统软件设计与调试 27
8.1 STC89C51主程序 27
8.2 LCD1602显示程序 28
8.3 蜂鸣器报警程序 29
8.4 按键程序 30
9 系统实物调试 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录（A） 35
附录（B） 36
附录（C） 37
1 绪论
1.1 课题研究背景
“无人机”（“UAV”）即为无人驾驶飞机，通过无线电进行遥控，且其自身的内部装置程序能够控制。无人机具有机动性能良好，成本低等优点。因而被广泛地应用在航空摄影、地图测绘、电力线巡检、城市规划等领域。无人机的应用领域包括军用与民用两方面。在国外关于无人机的研究，将其运用至民用方面，且在遥感领域的应用也正处于发展阶段。基于无人机的飞行技术、导航技术等科技的高速发展，对无人机载雷达要求也日益提高。
目前，我国的无人机产业快速发展，最为著名的就是深圳市大疆创新科技有限公司。大疆公司致力于无人机的创新事业，并不断将无人机应用拓展到各方面领域。大疆无人机涉及领域包括无人机各部分结构设计、飞行稳定云台系统、电路运行系统、无线通信系统及控制系统部分等，并在全球提交各方面的专利，获得众多专利授权。基于国内无人机事业已处于世界前沿科技阶段，无人机载雷达还需进一步发展。在已有的良好的无人机架构上搭载雷达系统，提高雷达系统性能，进一步推进无人机的功能拓展。
1.2 课题研究现状分析
无人机于1920年代最早出现，在1914年研制出的由无线电操控的小型无人驾驶设备。第一架无人机于1917年被研制出来，之后运用于越南战争战场上，开始了无人机的真正应用。无人机在战场上用处颇多，最主要则是其战场侦察功能。而在无人机科技方面的领先者，就不得不提到美国，其在无人机领域的科技水平领跑全世界。
美国最早于1939年开始研制无人靶机，先后研制出"火蜂（Firebee）"系列和 " Chukar "系列靶机[1]。自1950年代后，美国开始研制了大量的无人侦察机。这之中包括“火蜂”、“捕食者”、“先锋”和最为知名的“全球鹰”型号，这些无人机被广泛的应用于军事之中。1990年之前，无人机载主要依靠航空照相机、前视红外仪等设备为主。这些辅助设备以光学和物理辐射原理为基础，形成成像，但是对天气要求严格，不适用与各种战场的恶劣条件之下。而雷达具有全天候、全天时、远距离和高分辨等优点，已成为无人侦察机的主要载荷[2]。随着微电子技术和微波技术的发展变化，无人机载雷达功能也在不断进步。雷达天线的电性能指标( 如增益、 副瓣电平、 波束指向等) 与雷达系统的战术、 技术指标密切相关，很大程度上决定了雷达的探测性能[3]。目前无人机载雷达因其具有结构紧凑、 重量轻、 可靠性高等好处[4]，逐渐被推广应用至各领域。
就无人机挂载的雷达型号来说，通常分为多普勒雷达和有源、无源相控阵雷达，当前世界上的飞行器如果配置较高的话通常会选用相控阵雷达。机载相控阵雷达波控设备通过简化设计及大规模集成电路应用，利用光纤收发模块设计、数据缓存及编码控制模块设计、分发及并串控制模块设计等措施[5],因其收发频率范围广，且无需旋转，而广泛应用。由于机载相控阵雷达对于规格的限制，探测范围能在40km至200km之间。机载相控阵雷达波控设备通过简化设计及大规模集成电路应用， 利用光纤收发模块设计、数据缓存及编码控制模块设计、分发及并串控制模块设计等措施。1970年代后，微电子技术的发展，电路越来越高度的集成化，不仅提高了雷达在信息处理方面的能力，也提高了无人机的自适应性。例如机载脉冲多普勒雷达的应用，使得抑制地面或水面杂波的能力增强[6]。结合机载脉冲多普勒雷达，无人机能获得更大的作战航空领域。且其具有完善的自检系统，能够有效隔离故障，使得无人机载雷达的可靠性能提高，其维修性更加便利。
无人机的发展在国内也呈现迅猛趋势。1950年代无人机载雷达技术开始进入起步阶段，在起步阶段时利用苏联米格17和米格19的军用无人机雷达系统[7]。苏联的无人机雷达系统只能用于测量雷达与目标间的距离，且其作用距离不超过两千米。1960年后，为满足强5攻击机的使用需要，我国研制出了为317型雷达。我国的317型雷达运用单脉冲体制，拥有多种适用军事功能，包括跟踪目标物功能，进行地形的测绘功能，上空领域的搜索功能等各方面用途。而随后进入了21世纪，我国无人机载火控雷达进入了推广阶段，技术逐渐成熟，其火控雷达技术不弱后与科技水平先进的国家。
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