[发明专利]一种飞行器自主避障系统、方法及飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及无人机感知探测领域，具体涉及一种飞行器自主避障系统、方法及飞行器。

背景技术

无人机市场近年来迎来了井喷式发展，在国土测绘、灾害侦查、农业植保、航拍摄影、电力巡线等领域有了广泛的应用。面对越来越复杂的应用场景和飞行环境，智能化飞行、操作简单、安全可靠成了无人机发展的主要趋势。无人机自主避障技术使用探测传感器实时感知周围飞行环境，对障碍物进行自主检测并躲避，实现了无人机在复杂环境中的自主飞行。这不仅提高了无人机的智能化水平，更降低了无人机的操作门槛，使无人机在执行任务是更加的安全可靠。

无人机自主避障技术主要基于视觉、超声波以及雷达等传感器。目前国内外很多研究机构及单位在开展相关的研究。大疆公司的“精灵4”产品就采用了立体视觉和超声波传感器作为探测系统来实现无人机的自主避障，但其只适用于旋翼平台，并且对无人机的飞行速度和使用环境均有较大的限制；美国的Aerotenna公司采用基于毫米波雷达的避障系统实现了旋翼无人机在简单场景下的自主避障，但其飞行环境简单并且飞行平台固定。中国专利申请(公开号：CN205049143U)提供一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，只使用了传统的双目立体视觉算法，该方法在确定障碍物距离时在视觉深度方向内进行全范围搜索定位，算法复杂，实时性不高，在诸多的探测传感器中，单一的传感器都有其缺点及不足，限制了避障效果及应用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种飞行器自主避障系统、方法及飞行器，实现障碍物的实时快速分析与躲避，该过程完全在飞行器上自主完成，实现了飞行器的快速自主避障。

第一方面，本发明提供一种飞行器自主避障系统，包括：感知探测传感器、传感器数据处理融合系统、航迹规划系统、执行机构，

所述感知探测传感器用于对飞行器前方的环境进行感知探测，确定是否存在障碍物，并输出感知探测数据；

所述传感器数据处理融合系统用于对感知探测传感器的感知探测数据进行处理融合和分析，判断障碍物的距离信息、大小信息，确定障碍物威胁等级，并输出分析结果；

所述航迹规划系统用于根据所述传感器数据处理融合系统对障碍物的分析结果进行飞机航迹规划，并输出用于对障碍物的躲避的飞控指令；

所述执行机构用于执行航迹规划系统的飞控指令，引导所述飞行器进行避障。

可选地，所述感知探测系统包括双目立体视觉传感器和毫米波雷达，所述双目立体视觉传感器采用推帚扫描工作方式，对前方固定的距离进行观测，获取图像信息；

所述毫米波雷达对前方可探测距离内的障碍物进行多目标检测，获得障碍物的位置、速度以及方位信息。

可选地，所述传感器数据处理融合系统包括视觉图像处理单元和雷达数据融合单元，所述视觉图像处理单元用于采用推帚立体视觉算法在视觉图像上找到障碍物并对处于推帚扫描距离上的障碍物进行大小、形状以及纹理分析，获取障碍物的详细信息；

所述雷达数据融合单元用于获取雷达检测到的障碍物的坐标并存储，并根据障碍物距离飞行载体的距离对障碍物进行威胁等级分配，对于处在双目立体视觉传感器的推帚距离上的障碍物，则通过坐标变换将所述障碍物的位置转化到视觉图像上，辅助所述视觉图像处理单元在所述视觉图像上定位障碍物。

可选地，所述航迹规划系统还用于根据传感器数据处理融合系统输出的障碍物信息，采用航迹规划算法实时规划飞机的躲避路径，在目的地已知的情况下实时纠正航迹。

可选地，所述航迹规划系统还用于在当前障碍物无法进行躲避或绕行，则规划所述飞行器在原地盘旋并向地面站发送信息，等待地面站指令。

可选地，所述执行机构还用于根据航迹规划系统给出的指令，对所述飞行器的各个舵面进行控制，完成航迹飞行。

可选地，所述飞行器为无人固定翼飞机。

第二方面，本发明提供一种飞行器自主避障方法，预先根据双目立体视觉相机参数及飞行应用场景设定双目立体视觉的推帚距离，所述方法包括：

在所述双目立体视觉相机的推帚距离上获取视觉图像信息。

利用毫米波雷达在探测距离内进行扫描，对目标方向存在的障碍物位置、速度以及方位信息进行存储，标记障碍物分布情况。

对毫米波雷达检测到的障碍物位置分布进行分析，根据距离所述飞行器的距离对所述障碍物进行威胁等级分配，距离越近的威胁等级高于距离较远的威胁等级；