农业无人机作业方法、系统及农业无人机技术领域
本发明涉及飞行技术领域，尤其涉及一种农业无人机作业方法、系统及农业无人
机。
背景技术
农业无人机由于其操作简单、工作效率高等优点已经广泛的应用在农业植保领
域。其中，使用农业无人机可以完成农药喷洒、播撒种子等操作。
传统技术中，以通过农业无人机进行农药喷洒为例，为了使药物能够均匀的喷洒
在作物表面，需要保持农业无人机与作物之间的喷药距离。通常，将雷达安装于农业无人机
的底部且雷达向该农业无人机的正下方发射的雷达波，根据雷达发出的雷达波以及该雷达
波经农业无人机正下方的作物反射回的回波，来确定农业无人机与其正下方的作物间的距
离，根据该距离调整农业无人机的飞行高度，使得药物能够均匀的喷洒在无人机正下方的
作物的表面。
但是，传统技术中，存在农业无人机在作业中效率较低的问题。
发明内容
本发明提供一种农业无人机作业方法、系统及农业无人机，用于解决传统技术中
农业无人机在作业中效率较低的问题。
第一方面，本发明提供一种农业无人机作业方法，包括：
通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地
面反射物之间的距离，其中，所述第一雷达倾斜向下发射雷达波；
根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，确定所述
农业无人机前方的地形信息；以及
根据所述地形信息，调整所述农业无人机的运行参数。
第二方面，本发明提供一种农业无人机作业方法，所述方法由农业无人机上的第
一雷达执行，所述方法包括：
向所述农业无人机前方地面发射雷达波；
接收所述雷达波经所述农业无人机前方的地面反射物后，反射回的回波；
根据所述雷达波和所述回波，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面
反射物之间的距离。
第三方面，本发明提供一种农业无人机作业系统，包括：农业无人机上的第一雷达
和所述农业无人机的控制器；
所述第一雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之
间的距离；
所述控制器，与所述第一雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无
人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形
信息调整所述农业无人机的运行参数。
第四方面，本发明提供一种农业无人机，其包括机架，设置于所述机架的控制器，
所述农业无人机还包括：安装于所述机架上或所述机架的负载上的第一雷达；
所述第一雷达，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之
间的距离；以及
所述控制器，与所述第一雷达通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业无
人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形
信息调整所述农业无人机的运行参数。
本发明提供的农业无人机作业方法、系统及农业无人机，通过农业无人机上的第
一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，根据所述
距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的运
行参数，实现了根据农业无人机前方的地形信息对农业无人机的运行参数的提前调整，与
农业无人机根据农业无人机与其正下方的作物之间距离来实时调整农业无人机的飞行高
度相比，提高了农业无人机在作业中的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明农业无人机作业方法实施例一的流程图；
图2为本发明农业无人机作业方法实施例二的流程图；
图3为本发明确定水平距离和垂直距离的示意图；
图4为本发明安装于农业无人机的第一雷达倾斜向下发射雷达波的示意图一；
图5为本发明安装于农业无人机的第一雷达倾斜向下发射雷达波的示意图二；
图6为本发明农业无人机作业方法实施例三的流程图；
图7为本发明农业无人机作业方法实施例四的流程图；
图8为本发明第一雷达的结构示意图；
图9为本发明第一雷达的发射信号的频率曲线与接收信号的频率曲线的时间关系
曲线；
图10为本发明农业无人机作业系统的结构示意图；
图11为本发明农业无人机的实体结构图一；
图12为本发明农业无人机的实体结构图二。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不
冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明应用于农业无人机，所述农业无人机可以进行农药喷洒、播撒种子等作业。
本发明是为了解决传统技术中农业无人机在作业中效率较低的问题。
图1为本发明农业无人机作业方法实施例一的流程图，本实施例的执行主体可以
为所述农业无人机的控制器。如图1所示，本实施例的方法可以包括：
步骤101、通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机
前方的地面反射物之间的距离，其中，所述第一雷达倾斜向下发射雷达波。
本步骤中，所述第一雷达是指其天线为定向天线的雷达。定向天线有较强的方向
性，与定向天线相对的天线为全向天线。由于农业无人机在作业的过程中可以关注特定方
向的地形信息，因此在农业无人机中可以采用第一雷达。本发明实施例中，第一雷达倾斜向
下发射雷达波，用以确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离。其
中，该第一雷达例如可以为脉冲雷达或者连续波雷达。理论上，雷达发射的雷达波的传输特
性接近于光波，倾斜入射的雷达波在水平的地面上会产生镜面反射，导致雷达无法收到回
波。但是，由于农业无人机特殊的使用环境，在实际使用时雷达波照射的是粗糙地表或者稀
疏树叶不规则的表面，这样部分漫反射的雷达波能够作为回波被雷达接收到，因此可以通
过倾斜向下发射雷达波的第一雷达来确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射
物之间的距离。需要说明的是，上述农业无人机上的第一雷达，可以理解为所述第一雷达为
所述农业无人机的组成部分，或者也可以理解为所述第一雷达安装于所述农业无人机上。
步骤102、根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离，
确定所述农业无人机前方的地形信息。
本步骤中，所述地形信息指的是用于描述地形的信息。其中，地形指的是地表各种
各样的形态，具体指地表以上分布的固定性物体共同呈现出的高低起伏的各种状态。由于
农业无人机在作业的过程中处于飞行的状态，农业无人机前方的地面反射物也会随着农业
无人机的飞行来改变，因此可以根据农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间
的距离来确定农业无人机前方的地形信息。
步骤103、根据所述地形信息，调整所述农业无人机的运行参数。
本步骤中，所述运行参数可以包括：用于控制所述农业无人机的飞行的相关参数
(例如，航线参数)，和/或，用于控制所述农业无人机的作业装置的相关参数(例如，作业参
数)。本步骤中，调整所述农业无人机的运行参数的目的是为使得农业无人机能够准确的完
成作业任务，例如，使得药物能够均匀的喷洒在作物的表面。根据前方的地形信息来调整农
业无人机的运行参数，与相关技术中根据农业无人机与其正下方的作物之间的距离来调整
农业无人机的飞行高度以使得药物能够均匀的喷洒在无人机正下方的作物的表面相比，实
现了对农业无人机的运行参数的提前调整，从而提高了农业无人机在作业中的效率。
本实施例中，通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无
人机前方的地面反射物之间的距离，根据所述距离确定所述农业无人机前方的地形信息，
并根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行参数，实现了根据农业无人机前方的地形
信息对农业无人机的运行参数的提前调整，与农业无人机根据农业无人机与其正下方的作
物之间距离来实时调整农业无人机的飞行高度相比，提高了农业无人机在作业中的效率。
另外，对于一些特殊地形，例如，山丘的梯田地形，通过第一雷达可以得知前方的
地形突变，从而能够及时调整农业无人机的姿态，避免农业无人机因避障不及而直接撞向
前方地面，因此，通过第一雷达可以大大提高农业无人机的安全性能。
图2为本发明农业无人机作业方法实施例二的流程图，本实施例在图1所示实施例
的基础上主要描述了根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距
离，确定所述农业无人机前方的地形信息的一种可选的实现方式。本实施例的执行主体可
以为所述农业无人机的控制器，如图2所示，本实施例的方法可以包括：
步骤201、通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无人机
前方的地面反射物之间的距离，其中，所述第一雷达倾斜向下发射雷达波。
本步骤中，所述地面反射物可以为地面、所述地面上的物体(例如，作物、信号塔、
电力塔等)。具体的，可以由第一雷达来确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射
物之间的距离。其中，所述第一雷达在所述农业无人机上。
步骤202、根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离、
所述第一雷达的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度，确定所述农业无人机与所述农
业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离。
本步骤中，如图3所示，其中A表示农业无人机，B表示农业无人机A前方的地面反射
物，L表示通过第一雷达测出的农业无人机A与地面反射物B之间的距离，θ表示第一雷达的
雷达波的发射方向相对于水平方向的角度。具体的，可以根据距离L、角度θ，采用如下公式
(1)确定农业无人机A与地面反射物B之间的水平距离H1。可以根据距离L、角度θ，采用如下
公式(2)确定农业无人机A与地面反射物B之间的垂直距离H2。
H1＝L×cos(θ) 公式(1)
H2＝L×sin(θ) 公式(2)
可选的，步骤202之前还可以包括：根据所述第一雷达的天线的方向，确定所述第
一雷达的雷达波的发射方向。其中，所述第一雷达的天线的方向可以认为是第一雷达的天
线的发射方向，天线往某一方向发射，则所发射的雷达波的发射方向也为该方向。
进一步的，可以根据所述第一雷达的安装角度来确定所述第一雷达的天线的方
向。由于第一雷达的天线相对于第一雷达本身而言是固定的，因此第一雷达安装于农业无
人机上之后，第一雷达的天线的方向相对于农业无人机来说是固定的，从而可以根据第一
雷达的安装角度来确定第一雷达的天线的方向。为了使得第一雷达的雷达波能够倾斜向下
发射，假设第一雷达的天线在所述第一雷达的第一表面，所述第一雷达上用于将所述第一
雷达安装于农业无人机上的安装部在所述第一雷达的第二表面；若所述第一表面与所述第
二表面相对，则需要所述第一雷达相较于所述农业无人机的航向轴倾斜安装于所述农业无
人机的机架上或所述机架的负载上，以确保所述第一雷达的雷达波可以倾斜向下发射雷达
波；否则，所述第一雷达可以相较于所述第一雷达的航向轴倾斜或者垂直安装于所述机架
或所述负载上。需要说明的是，本实施例中的负载例如可以为摄像装置、云台、容纳箱等可
以搭载在所述机架上的设备。
若农业无人机处于平飞的飞行姿态下(如图4所示)，可以仅根据第一雷达的安装
角度就可以确定第一雷达的天线的方向。但是，若农业无人机处于其他飞行姿态(例如，俯
冲、爬升、翻滚、加速、减速等)，仅根据第一雷达的安装角度所确定的第一雷达的天线的方
向会出现不准确的问题。因此，进一步的可以根据所述第一雷达的安装角度以及所述农业
无人机当前的飞行姿态信息，确定所述第一雷达的天线的方向。其中，所述飞行姿态信息可
以包括飞行姿态，所述飞行姿态例如可以为平飞、爬升、俯冲、翻滚等；当飞行姿态为非平飞
姿态时，所述飞行姿态信息还可以包括：所述飞行姿态对应的姿态角。其中，所述飞行姿态
信息可以通过安装于所述农业无人机的运动传感器获取，所述运动传感器例如可以为惯性
测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)，加速度计，陀螺仪，指南针，高度计等。
如图4所示，农业无人机处于平飞的飞行姿态时，根据第一雷达的安装角度可以确
定第一雷达的天线的方向相对于水平方向的角度为30°。如图5所示，当该农业无人机处于
俯冲的飞行姿态时，根据雷达的安装角度以及农业无人机当前的飞行姿态信息(例如，姿态
角为15°)可以确定第一雷达的天线的方向相对于水平方向的角度为45°。
步骤203、根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平
距离和垂直距离，确定所述农业无人机前方的地形信息。
本步骤中，假设农业无人机依次获取到其与前方的a、b、c三个地面反射物之间的
距离，并根据与a之间的距离确定出与a之间的水平距离为Ha1、垂直距离为Ha2，根据与b之
间的距离确定出与b之间的水平距离为Hb1、垂直距离为Hb2，根据与c之间的距离确定出与c
之间的水平距离为Hc1、垂直距离为Hc2。若Ha1＝Hb1＝Hc1，且Ha2＝Hb2＝Hc2，则可以确定
农业无人机前方的地形平坦。若Ha1>Hb1>Hc1，且Ha2>Hb2>Hc2，则可以确定农业无人机前方
的地形上升。若Ha1<Hb1<Hc1，且Ha2<Hb2<Hc2，则可以确定农业无人机前方的地形下降。当
地形上升或地形下降时，可以根据Ha1、Hb1、Hc1以及Ha2、Hb2和Hc2的具体数值，确定出地形
坡度。需要说明的是，上述Ha1、Hb1、Hc1之间的大小关系以及Ha2、Hb2、Hc2之间的大小关系
仅为举例，目的是为了说明根据农业无人机与其前方的地面反射物之间的水平距离和垂直
距离，就可以确定出农业无人机前方的地形信息。本发明并不限制根据上述水平距离和垂
直距离确定地形信息的具体实现方式。
步骤204、根据所述地形信息，调整所述农业无人机的运行参数。
本步骤中，所述运行参数可以包括航线参数和/或作业参数。其中，所述航线参数
用于指示所述农业无人机的飞行路线，具体可以包括：飞行位置以及与所述飞行位置对应
的飞行高度等。所述作业参数用于指示所述农业无人机的作业装置的控制参数，具体可以
包括：作业装置中的泵的压力值、作业装置中的电机的转速等。当所述运行参数包括航线参
数时，进一步的可以执行步骤205。当所述运行参数包括作业参数时，进一步的可以执行步
骤206。需要说明的是，当运行参数同时包括航线参数和作业参数时，步骤205和步骤206都
需要执行，在具体实现时步骤205与步骤206之间并没有先后顺序的限制。图2中以步骤205
与步骤206都执行且步骤205早于步骤206执行为例。需要说明的是，调整农业无人机的航线
参数可以达到调整农业无人机的作业效果及避开障碍物(例如，信号塔、电力塔)的目的，调
整农业无人机的作业参数可以达到调整农业无人机的作业效果的目的，具体的可以根据实
际需要仅调整航线参数、或者仅调整作业参数、或者同时调整航线参数和作业参数。
步骤205、根据所述航线参数，控制所述农业无人机的飞行姿态。
本步骤中，可以通过控制所述农业无人机的动力装置来控制所述农业无人机的飞
行姿态。其中，动力装置可以包括螺旋桨以及驱动所述螺旋桨转动的电机，可以根据所述航
线参数控制电机的转速从而实现对农业无人机的飞行姿态的控制。本步骤中，通过根据航
线参数控制农业无人机的飞行姿态，可以使得农业无人机的飞行路线跟随农业无人机前方
的地形的变化。进一步的，可以使得农业无人机与其下方的地面或地面上的反射物之间的
相对高度固定，或者使得农业无人机能够及早躲避障碍物等。在作业装置的喷头喷洒密度
和喷洒范围固定的条件下，相对高度越大则喷洒范围越大、喷洒密度越小。因此，通过调整
相对高度可以控制喷洒密度和喷洒范围。需要说明的是，步骤205可以在步骤204中调整所
述航线参数后立即执行，或者，也可以在农业无人机飞行至所述地形信息对应的地理范围
内再执行。
步骤206、根据所述作业参数，控制所述农业无人机的作业状态。
本步骤中，可以通过控制设置于所述农业无人机上的作业装置来控制所述农业无
人机的作业状态。所述作业装置例如可以为农药喷洒作业装置或者可以为播撒种子作业装
置等。作业装置可以包括容纳箱、导管、泵、喷头。其中，所述导管的一端伸入所述容纳箱中，
所述导管的另一端与所述泵的吸入口连接，所述泵的排出口与所述喷头连接；所述泵，用于
通过所述导管将所述容纳箱中的待喷洒物从所述喷头喷出。具体的，可以根据所述作业参
数控制所述泵的压力值。由于泵的压力值越大，单位时间内从喷头喷洒出的待喷洒物越多，
因此通过控制泵的压力值可以控制喷洒的密度。进一步的，所述作业装置还可以包括：用于
驱动所述喷头的甩盘转动的电机。具体的，可以根据所述作业参数控制所述电机的转速。由
于驱动所述喷头的甩盘转动的电机的转速越快，喷头的喷洒半径越大，因此通过调整驱动
所述喷头的甩盘转动的电机的转速可以控制喷洒的范围。需要说明的是，步骤206可以在农
业无人机飞行至所述地形信息对应的地理范围内再执行。
本实施例中，通过农业无人机上的第一雷达，确定所述农业无人机与所述农业无
人机前方的地面反射物之间的距离，根据所述距离、所述第一雷达的雷达波的发射方向相
对于水平方向的角度确定所述农业无人机与所述地面反射物之间的水平距离和垂直距离，
根据所述农业无人机与所述地面反射物之间的水平距离和垂直距离确定所述农业无人机
前方的地形信息，并根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行参数，实现了根据农业
无人机前方的地形信息对农业无人机的运行参数的提前调整，提高了农业无人机在作业中
的效率。
图6为本发明农业无人机作业方法实施例三的流程图，本实施例在图1或图2所示
实施例的基础上，主要描述了根据地形信息调整农业无人机的运行参数的一种可选的触发
条件。本实施例的执行主体可以为所述农业无人机的控制器，如图6所示，本实施例的方法
可以包括：
步骤601、通过所述农业无人机上的第二雷达，确定所述农业无人机与所述农业无
人机下方的地面反射物之间的相对高度，其中，所述第二雷达垂直向下发射雷达波。
本步骤中，所述第二雷达安装于所述农业无人机的下方。具体的，所述第二雷达可
以安装于所述农业无人机的机架的下方，或者可以安装于所述机架的负载的下方。所述机
架包括机身、脚架等，所述第二雷达可以安装于所述机身或者脚架的下方。所述机架的负载
例如可以为上述容纳箱、云台、摄像装置等。
步骤602、判断所述农业无人机的速度是否大于预设速度。
本步骤中，当确定所述农业无人机的速度大于所述预设速度时，执行步骤603；当
确定所述农业无人机的速度小于或等于所述预设速度时，执行步骤604。由于在农业无人机
的速度较低时，对农业无人机的运行参数的调整速度要求也较低，此时可以根据农业无人
机与其下方的地面反射物之间的相对高度也可以实现对农业无人机的运行参数的及时调
整。因此在农业无人机的速度小于或等于预设速度时，可以通过执行步骤604来实时调整农
业无人机的运行参数。在农业无人机的速度较高时，对农业无人机的运行参数的调整速度
要求也较高，此时根据农业无人机与其下方的地面反射物之间的相对高度已不能及时对农
业无人机的运行参数进行调整，而需要根据农业无人机前方的地形信息来对运行参数进行
提前调整。因此，在农业无人机的速度大于预设速度时，需要通过执行步骤603来提前调整
农业无人机的运行参数。
可替换地，步骤602中也可以判断所述农业无人机的速度是否大于或等于预设速
度。当确定所述农业无人机的速度大于或等于预设速度时，执行步骤603；当确定所述农业
无人机的速度小于预设速度时，执行步骤604。
步骤603、根据所述地形信息调整农业无人机的运行参数。
需要说明的是，步骤603与步骤204类似，在此不再赘述。与步骤204类似，在步骤
603之后还可以执行步骤205和步骤206。
步骤604、根据所述相对高度调整所述农业无人机的运行参数。
本步骤中，所述运行参数可以包括上述航线参数和/或作业参数。其中，调整航线
参数和调整作业参数都可以达到调整农业无人机的作业效果的目的。调整运行参数之后，
可以进一步的根据航线参数调整飞行姿态，根据作业参数调整作业状态。在需要确保农业
无人机与其下方的地面反射物之间的相对高度固定(例如，为预设高度)时，可以通过调整
农业无人机的航线参数(例如，飞行高度)来实现对飞行姿态的调整。在需要确保农业无人
机的喷洒密度时，可以通过调整农业无人机的航线参数来实现对飞行姿态的调整，和/或通
过调整作业参数来实现对作业状态的调整。其中，关于根据航线参数控制农业无人机的飞
行姿态以及根据作业参数控制农业无人机的作业状态的具体实现可以参见上述步骤205和
步骤206，在此不再赘述。
由于第一雷达倾斜向下发射雷达波，基于镜面反射原理及实际使用环境可知，其
发射的雷达波对应的回波较第二雷达垂直向下发射的雷达波对应的回波要弱，而雷达测距
都是基于回波来测量的，因此第二雷达所测的结果相比于第一雷达要更加准确。因此，在地
形信息指示农业无人机前方的地形平坦时，可以通过根据第二雷达的相对高度对第一雷达
确定的距离进行调整，以提高第一雷达所确定的距离的准确性。因此，本实施例的方法还可
以包括：当所述地形信息指示所述农业无人机前方的地形平坦时，根据所述相对高度，对通
过所述第一雷达确定的所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离
进行调整。具体的，当地形平坦时，可以基于根据第一雷达确定的距离所确定出的垂直距离
应与第二雷达确定的相对高度相等的原则，来对第一雷达确定的距离进行调整。
可选的，本实施例中还可以采用专用的避障雷达(即第三雷达)通过执行如下步骤
605和步骤606实现农业无人机避障操作。
步骤605、通过所述农业无人机上的第三雷达，确定所述农业无人机与所述农业无
人机侧面的障碍物之间的距离，其中，所述第三雷达水平发射雷达波。
本步骤中，可选的，所述第三雷达安装在所述农业无人机的机架或所述机架的负
载的前方，和/或，所述第三雷达安装在所述机架或所述负载的后方。所述障碍物例如可以
为建筑物、信号塔、电力塔、其他飞行物等会阻碍所述农业无人机飞行的物体。需要说明的
是，第一雷达和第三雷达都可以确定农业无人机与障碍物之间的距离，但是由于其雷达波
的方向不同，所针对的障碍物的类型也不同。其中，第一雷达主要针对地面上的障碍物，第
三雷达主要针对于与农业无人机的飞行高度相当的空中的障碍物。
步骤606、根据所述农业无人机与所述障碍物之间的距离，确定是否采取避障操
作。
本步骤中，具体的，当所述农业无人机与所述障碍物之间的距离大于预设距离时，
可以不采取避障操作；当所述农业无人机与所述障碍物之间的距离小于或等于预设距离
时，可以采取避障操作。所述避障操作例如可以为改变所述农业无人机的飞行姿态。
需要说明的是，步骤605-步骤606与步骤601-步骤604之间并没有先后顺序的限
制。
本实施例中，通过当所述农业无人机的速度大于预设速度时，根据所述地形信息
调整农业无人机的运行参数，当所述农业无人机的速度小于预设速度时，根据相对高度调
整所述农业无人机的运行参数，实现了在根据农业无人机与其下方的地面反射物之间的相
对高度已不能及时对农业无人机的运行参数进行调整时，根据农业无人机前方的地形信息
来对运行参数进行提前调整，提供了农业无人机的运行参数的调整效率，从而提高了农业
无人机在作业中的效率。
图7为本发明农业无人机作业方法实施例四的流程图，本实施例主要描述了所述
农业无人机上的第一雷达确定农业无人机与农业无人机前方的地面反射物之间的距离的
具体实现方式。如图7所示，本实施例的方法可以包括：
步骤701、向所述农业无人机前方地面发射雷达波。
本步骤中，第一雷达发射的雷达波的传输特性接近于光波，理论上倾斜入射的雷
达波在水平的地面上会产生镜面反射，导致第一雷达无法收到回波。但是，由于农业无人机
特殊的使用环境，在实际使用时雷达波照射的是粗糙地表或者稀疏树叶不规则的表面，这
样部分漫反射的雷达波能够作为回波被雷达接收到。因此第一雷达可以向农业无人机前方
地面发射雷达波，并在步骤702中接收到经农业无人机前方的地面反射物后反射回的回波。
步骤702、接收所述雷达波经所述农业无人机前方的地面反射物后，反射回的回
波。
本步骤中，所述地面反射物具体可以为地面、所述地面上的作物等。
步骤703、根据所述雷达波和所述回波，确定所述农业无人机与所述农业无人机前
方的地面反射物之间的距离。
具体的，如图8所示，以第一雷达为调频连续波(FMCW，Frequency Modulated
Continuous Wave)雷达为例，其主要包括信号处理模块和射频前端。其中，信号处理模块包
括控制器(例如，数字信号处理(DSP，Digital Signal Process)芯片等)，信号处理模块主
要用于产生调制信号，并根据A/D采集的差频信号确定距离。信号处理模块还可以包括例如
闪存(FLASH)、随机存取存储器(RAM，Random-Access Memory)、只读存储器(ROM，read-only
memory)等用于存储数据的存储器。射频前端包括两路，第一路用于接收，第二路用于发送。
第一路通过压控振荡器(VCO，Voltage Controlled Oscillator)对信号处理模块产生的调
制波形进行调压以产生线性调频信号(线性调频信号的发射频率可以在24GHz)，并在对线
性调频信号通过功率放大器(PA，Power Amplifier)进行放大后，通过发射天线TX向农业无
人机前方地面发出(这里，发射天线TX发出的即为步骤701所述的雷达波)。发射天线发出的
雷达波经农业无人机前方的地面反射物后的信号(即，步骤702所述的回波)，被第二路通过
接收天线RX接收，对接收到的信号通过低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)进行低
噪声放大，并对进行低噪声放大后的信号进行混频(其中，混频具体是将雷达波对应的信号
与回波对应的信号进行混频)来得到差频信号。进一步的，该差频信号经过A/D采集进入信
号处理模块后，由信号处理模块根据该差频信号确定距离。其中，上述第一路和第二路还分
别可以包括功率分配器(简称功分)。上述接收天线和发射天线具体可以采用微带天线。
在通过差频信号确定距离时，具体可以通过雷达波对应的信号(即，发射信号)与
回波对应的信号(即，接收信号)之间的时间延迟来确定。以调制信号为经锯齿波调制的调
制信号为例，第一雷达的发射信号的频率曲线(即，发射频率曲线)与接收信号的频率曲线
(即，接收频率曲线)的时间相关曲线如图9所示，其中f表示频率，t表示时间。如图9所示，发
射频率曲线F发射与接收频率曲线F接收的唯一区别是时间延迟，在某一时刻t0时的瞬时接收信
号，其频率低于瞬时发射频率(对于升坡曲线而言)，原因是发射信号的频率处于不断升高
的状态。如果在混频器中混合发射信号和接收信号，就会生成一个恒定的差频信号fD，其中
包含所需的距离信息。而且，差频信号fD的频率越高，与目标之间的距离越远。具体的，如下
公式(3)或公式(4)说明了距离R与差频信号fD的关系。
其中，R为距离，Δf为调频宽度，T为锯齿波重复周期，f为调频速度，C0为光速，fD为
差频信号。
本实施例中，通过安装于农业无人机的第一雷达向所述农业无人机前方地面发射
雷达波，接收所述雷达波经所述农业无人机前方的地面反射物后，反射回的回波，并根据所
述雷达波和所述回波，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距
离，实现了通过第一雷达获得农业无人机与其前方的地面反射物之间的距离，与传统技术
中雷达向农业无人机的正下方发射雷达波，根据所发射的雷达波与回波确定农业无人机与
其正下方的反射物间的距离相比，使得农业无人机的控制器能够根据农业无人机与其前方
的地面反射物之间的距离确定农业无人机前方的地形信息，并进一步根据地形信息调整作
业参数，实现了根据农业无人机前方的地形信息对农业无人机的运行参数的提前调整，提
高了农业无人机在作业中的效率。
图10为本发明农业无人机作业系统的结构示意图；如图10所示，本实施例的农业
无人机作业系统可以包括：农业无人机上的第一雷达1001和所述农业无人机的控制器
1002；其中，第一雷达1001，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物
之间的距离；控制器1002，与第一雷达1001通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业
无人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地
形信息调整所述农业无人机的运行参数。
可选的，所述运行参数包括：航线参数和/或作业参数。
可选的，控制器1002还用于：根据所述航线参数，控制所述农业无人机的飞行姿
态。
可选的，控制器1002还用于：根据所述作业参数，控制所述农业无人机的作业状
态。
可选的，控制器1002根据所述距离，确定所述农业无人机前方的地形信息，具体包
括：
根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离、第一雷达
1001的雷达波的发射方向相对于水平方向的角度，确定所述农业无人机与所述农业无人机
前方的地面反射物之间的水平距离和垂直距离；根据所述农业无人机与所述地面反射物之
间的水平距离和垂直距离，确定所述农业无人机前方的地形信息。
可选的，控制器1002还用于：根据第一雷达1001的天线的方向，确定第一雷达1001
的雷达波的发射方向。
可选的，控制器1002还用于：根据第一雷达1001的安装角度，确定第一雷达1001的
天线的方向。
可选的，本实施例的系统还包括：运动传感器1003；运动传感器1003，用于获取所
述农业无人机当前的飞行姿态信息；控制器1002与运动传感器1003通信连接；其中，控制器
1002，用于根据第一雷达1001的安装角度以及所述飞行姿态信息，确定第一雷达1001的天
线的方向。
可选的，运动传感器1003包括如下至少一种：惯性测量单元IMU，加速计，陀螺仪，
高度计，指南针。
可选的，本实施例的系统还包括：所述农业无人机上的第二雷达1004；
第二雷达1004，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之
间的相对高度；
控制器1002，与第二雷达1004通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设
速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行参数。
可选的，控制器1002还用于：在所述农业无人机的速度小于所述预设速度时，根据
所述相对高度调整所述农业无人机的运行参数。
可选的，控制器1002还用于：根据所述相对高度，对通过第一雷达1001确定的所述
农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离进行调整。
进一步可选的，本实施例的系统还包括：所述农业无人机上的第三雷达1005；
第三雷达1005，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的
距离；
控制器1002，与第三雷达1005通信连接，还用于根据所述农业无人机与所述农业
无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作。
可选的，第一雷达1001相较于所述农业无人机的航向轴倾斜安装于所述农业无人
机的机架上或所述机架的负载上。
由于所述农业无人机可以正飞也可以倒飞，因此进一步可选的，第一雷达1001可
以倾斜安装于所述机架或所述负载的前方；和/或，第一雷达1001倾斜安装于所述机架或所
述负载的后方。当农业无人机正飞时，通过倾斜安装于所述机架或所述负载的前方的第一
雷达确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；当农业无人机倒飞
时，通过倾斜安装于所述机架或所述负载的后方的第一雷达确定农业无人机与所述农业无
人机前方的地面反射物之间的距离。
需要说明的是，本发明中农业无人机前方与农业无人机的飞行方向一致，农业无
人机的机架的前方以及负载的前方与农业无人机的机头所在的方向一致，机架的后方以及
负载的后方与农业无人机的机尾所在的方向一致。
可选的，第二雷达1004安装于所述农业无人机的机架的下方或所述机架的负载的
下方。其中，当第二雷达1004安装于所述机架的下方时，具体可以安装于所述机架的机体或
所述机架的脚架等的下方。
可选的，所述地面反射物为地面或所述地面上的作物。
本实施例的系统中的控制器，可以用于执行图1、图2或图6所示方法实施例的技术
方案，本实施例的系统中的第一雷达，可以用于执行图7所示方法实施例的技术方案，其实
现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图11为本发明农业无人机的实体结构图一，图12为本发明农业无人机的实体结构
图二。如图11和图12所示，本实施例的农业无人机包括机架1101、设置于机架1101的控制器
(未示出)以及安装于机架1101上或机架1101的负载(例如容纳箱11041)上的第一雷达
1102。其中，第一雷达1102，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物
之间的距离；所述控制器，与第一雷达1102通信连接，用于根据所述农业无人机与所述农业
无人机前方的地面反射物之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，并根据所述地
形信息调整所述农业无人机的运行参数。
可选的，所述运行参数包括：航线参数和/或作业参数。
可选的，机架1101包括：机身；所述机身包括机体中心部11011和沿机体中心部
11011延伸的至少一个机臂11012；所述农业无人机还包括：设置于机臂11012上的动力装
置；所述控制器与所述动力装置电连接，还用于根据所述航线参数对所述动力装置进行控
制，以控制所述农业无人机的飞行姿态。
进一步可选的，所述动力装置包括：螺旋桨11031和电机11032，电机11032驱动螺
旋桨11031转动；
所述控制器，根据所述航线参数对动力装置进行控制，具体包括：根据所述航线参
数控制电机11032的转速。
可选的，所述农业无人机还包括：设置于机架1101的作业装置；
所述控制器，与所述作业装置电连接，还用于根据所述作业参数对所述作业装置
进行控制，以控制所述农业无人机的作业状态。
进一步可选的，所述作业装置包括容纳箱11041、导管(未示出)、泵(未示出)、喷头
11042；所述导管的一端伸入容纳箱11041中，所述导管的另一端与所述泵的吸入口连接，所
述泵的排出口与喷头11042连接；所述泵，用于通过所述导管将容纳箱11041中的待喷洒物
从喷头11042喷出；所述控制器，与所述泵电连接，用于根据所述作业参数控制所述泵的压
力值。
进一步可选的，所述作业装置还包括：用于驱动喷头11042的甩盘转动的电机(未
示出)；所述控制器，与所述电机电连接，还用于根据所述作业参数控制所述电机的转速。
可选的，所述控制器，根据所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物
之间的距离确定所述农业无人机前方的地形信息，具体包括：根据所述农业无人机与所述
农业无人机前方的地面反射物之间的距离、第一雷达1102的雷达波的发射方向相对于水平
方向的角度，确定所述农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的水平距离和
垂直距离；根据所述水平距离和垂直距离，确定所述农业无人机前方的地形信息。
可选的，所述控制器还用于：根据第一雷达1102的天线的方向，确定第一雷达1102
的雷达波的发射方向。
可选的，所述控制器还用于：根据第一雷达1102的安装角度，确定第一雷达1102的
天线的方向。
可选的，所述农业无人机还包括：设置于机架1101的运动传感器(未示出)，所述运
动传感器用于获取所述农业无人机当前的飞行姿态信息；所述控制器与所述运动传感器通
信连接；其中，所述控制器，用于根据所述第一雷达的安装角度以及所述飞行姿态信息，确
定第一雷达1102的天线的方向。
可选的，所述运动传感器包括如下至少一种：惯性测量单元IMU，加速计，陀螺仪，
高度计，指南针。
可选的，本实施例的农业无人机还包括：安装于机架1101上或机架1101的负载(例
如，容纳箱11041)上的第二雷达1105；
第二雷达1105，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机下方的地面发射物之
间的相对高度；
所述控制器，与第二雷达1105通信连接，用于在所述农业无人机的速度大于预设
速度时，根据所述地形信息调整所述农业无人机的运行参数。
可选的，所述控制器还用于：在所述农业无人机的速度小于所述预设速度时，根据
所述相对高度调整所述农业无人机的运行参数。
可选的，所述控制器还用于：根据所述相对高度，对通过第一雷达1102确定的所述
农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离进行调整。
可选的，本实施例的农业无人机还包括：安装于机架1101上或机架1101的负载(例
如，容纳箱11041)上的第三雷达1106；
第三雷达1106，用于确定所述农业无人机与所述农业无人机侧面的障碍物之间的
距离；
所述控制器，与第三雷达1106通信连接，还用于根据所述农业无人机与所述农业
无人机侧面的障碍物之间的距离，确定是否采取避障操作。
可选的，上述地面反射物为地面或所述地面上的作物。
可选的，第一雷达1102相较于所述农业无人机的航向轴(未示出)倾斜安装于机架
1101或机架1101的负载上。
由于所述农业无人机可以正飞也可以倒飞，因此进一步可选的，第一雷达1102可
以倾斜安装于机架1101或所述负载的前方；和/或，第一雷达1102倾斜安装于机架1101或所
述负载的后方。当农业无人机正飞时，通过倾斜安装于机架1101或所述负载的前方的第一
雷达确定农业无人机与所述农业无人机前方的地面反射物之间的距离；当农业无人机倒飞
时，通过倾斜安装于机架1101或所述负载的后方的第一雷达确定农业无人机与所述农业无
人机前方的地面反射物之间的距离。
需要说明的是，本发明中农业无人机前方与农业无人机的飞行方向一致，农业无
人机的机架的前方以及负载的前方与农业无人机的机头所在的方向一致，机架的后方以及
负载的后方与农业无人机的机尾所在的方向一致。
可选的，第二雷达1105安装于机架1101或所述负载(例如，容纳箱11041)的下方。
其中，当第二雷达1105安装于机架1101的下方时，具体可以安装于机体或脚架等的下方。
可选的，本发明中上述农业无人机具体可以为多旋翼无人机，例如四旋翼无人机。
需要说明的是，图11和图12中以第一雷达、第二雷达和第三雷达安装于容纳箱上
为例。本实施例中，第一雷达倾斜向下发射雷达波，其所发射的雷达波可以由图11中从第一
雷达1102所延伸出的虚线表示。第二雷达垂直向下发射雷达波，其所发射的雷达波可以由
图11中从第二雷达1105所延伸出的虚线表示。第三雷达水平发射雷达波，其所发射的雷达
波可以由图11中从第三雷达1106所延伸出的虚线表示。
本实施例的农业无人机中的控制器，可以用于执行图1、图2或图6所示方法实施例
的技术方案，本实施例的农业无人机中的第一雷达，可以用于执行图7所示方法实施例的技
术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
需要说明的是，图11和图12只是以示例的形式示意出一种农业无人机的实体结构
图，并不是对农业无人机结构的限定，本发明对农业无人机的结构不作具体限定。
需要说明的是，第一雷达、第二雷达、以及第三雷达可以为定向雷达、相控阵雷达。
例如，在图11和图12所示的实施例中，第一雷达、第二雷达、以及第三雷达分别为单独设置
的定向雷达，在其他实施例中，第一雷达、第二雷达、以及第三雷达集成在一起，为相控阵雷
达。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通
过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程
序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或
者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。