[发明专利]一种基于无人机的环境感知与避障系统及方法

说明书

本发明属于无人机应用技术领域，公开了一种基于无人机的环境感知与避障系统及方法，所述基于无人机的环境感知与避障系统包括：雷达探测模块、信号接收模块、信号处理模块、中央控制模块、探测结果分析模块、障碍物方向确定模块、障碍物距离确定模块、相对速度确定模块、模型构建模块、模型训练模块、路径规划模块、避障执行模块。本发明通过雷达进行障碍物检测，激光雷达精度高、灵敏度好可以得到目标障碍物到无人机之间的间隔，同时它的体积和重量都很轻，因此适合搭载在无人机上；将雷达检测与视觉避障相结合，能够实现对云团等并不会产生实际阻碍效果的障碍物的检测，减少避障次数，实现准确避障的同时减少能耗，实现无人机飞行时间的延长。

技术领域

本发明属于无人机应用技术领域，尤其涉及一种基于无人机的环境感知与避障系统及方法。

背景技术

目前，无人机在排队起飞、排队降落以及表演过程中，会形成无人机集群。而在无人机集群场景下，如何实现无人机群间避障，逐渐成为人们关注的焦点。无人机在避障过程中，技术手段众多。其中，无人机集群群间避障的手段主要有双目视觉、激光雷达、多架无人机GPS位置通信共享等。无人机的避障过程主要可以包括手动和自动两种方案。手动方案是利用遥控器手动遥控无人机完成群间避障过程，自动方案是基于采集数据的无人机和充当障碍物的无人机(简称障碍无人机)两者的GPS实时定位信息，控制无人机进行群间避障。目前进行无人机避障的方式单一，应用较多的是雷达避障，其进行避障中存在判断不清晰的问题，无人机高空飞行时会对云团等无影响的障碍物进行躲避，导致能耗提高，缩短飞行时长。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前无人机雷达避障进行避障中存在判断不清晰的问题，无人机高空飞行时会对云团等无影响的障碍物进行躲避，导致能耗提高，缩短飞行时长。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于无人机的环境感知与避障系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于无人机的环境感知与避障方法，所述基于无人机的环境感知与避障方法，包括以下步骤：

步骤一，雷达探测模块利用安装在无人机四个端点的雷达发射激光束对路径进行探测，信号接收模块利用信号接收程序进行反射信号的接收；通过信号处理模块利用信号处理程序对信号进行处理，对信号进行降噪，并对降噪后的信号进行增强；

步骤二，中央控制模块分别控制雷达探测模块、信号接收模块、信号处理模块、探测结果分析模块、障碍物方向确定模块、障碍物距离确定模块、相对速度确定模块、模型构建模块、模型训练模块、路径规划模块和避障执行模块各个模块的正常运行；

步骤三，探测结果分析模块利用探测结果分析程序进行处理后信号的分析，障碍物方向确定模块利用障碍物方向确定程序确定障碍物方向；障碍物距离确定模块利用障碍物距离确定程序确定障碍物距离，相对速度确定模块利用相对速度确定程序确定无人机与障碍物的相对速度；

步骤四，模型构建模块利用模型构建程序进行深度神经网络模型的构建，进行障碍物的分类识别，模型训练模块利用模型训练程序通过训练集对构建的模型进行训练；

步骤五，路径规划模块利用路径规划程序依照训练后的模型确定障碍物种类，进行路径规划；避障执行模块利用避障执行程序按照规划路径进行避障；

步骤一中，所述通过信号处理模块利用信号处理程序对信号进行处理，对信号进行降噪，包括：

将载波信号降噪问题分解频域处理和时域处理两个阶段，频域处理阶段采用傅里叶分解方法对载波信号进行频域处理，时域处理阶段将码元信号特征引入电力信号时域重构过程，对信号进行二次降噪；

所述频域处理阶段采用傅里叶分解方法对载波信号进行频域处理，包括以下步骤：

(1)设信号接收模块处采样到信号为x(t)，采用傅里叶分解将采样信号转化为频域形式X(ω)，选取选取幅值最大的频率f作为载波频率；