一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统，包括依次连接的图像采集模块、视觉处理模块、制导指令计算模块和飞行控制模块，图像采集模块包括左、右两个摄像头，用于采集视频信号；视觉处理模块，用于接收两个摄像头采集的视频信号，并根据两个摄像头的内参数计算与前方障碍物的角度和距离参数；制导指令计算模块，用于根据障碍物的角度和距离参数并利用人工势场算法计算控制无人机下一步飞行的制导指令，制导指令包括俯仰角或偏航角指令；飞行控制模块，用于根据制导指令控制无人机躲避障碍物飞行。本实用新型专利技术由于采取了人工势场法计算制导指令，在前方出现障碍物时，无需使无人机悬停，也使无人机避障过程中的飞行轨迹更加平滑。

【技术实现步骤摘要】
一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统
本技术涉及无人机制导及控制
，具体涉及一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统。
技术介绍
目前，公知的无人机避障系统是利用超声波、红外、双目摄像头等测距装置探测周围一定距离内是否存在障碍物，从而在无人机与障碍物之间距离小于某个设定值时令无人机悬停或者垂直上升，从而避免撞上障碍物。但是这种避障系统仅适用于直升机和多旋翼这种可以悬停的飞行器，无法用于固定翼无人机。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种无人机的避障系统，用于使固定翼无人机能够有效地避开前方障碍物。为了达到上述目的，本技术提供一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统，包括依次连接的图像采集设备、指令设备、固定翼无人机飞行控制器，其中，图像采集设备包括左、右两个摄像头，用于采集视频信号，并将视频信号发送至指令设备；指令子系统，用于根据接收到的视频信号生成相应的飞行制导指令；固定翼无人机飞行控制器，用于接收飞行制导指令，根据飞行制导指令控制飞行方向。进一步，指令子系统包括视觉处理器、制导指令计算器，其中，视觉处理器，用于接收两个摄像头采集的视频信号，并根据两个摄像头的内参数计算与前方障碍物的角度和距离参数；制导指令计算器，用于根据障碍物的角度和距离参数并利用人工势场算法计算控制无人机下一步飞行的制导指令，制导指令包括俯仰角或偏航角指令。进一步，左、右两个摄像头的距离为6-12cm。在上述技术方案中，本技术由于采取了人工势场法计算制导指令，因此，在前方出现障碍物时，无需使无人机悬停，适用于固定翼无人机。此外，与现有悬停后垂直上升的避障方式相比，本技术所给出的连续制导指令输出也可以使无人机避障过程中的飞行轨迹更加平滑。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术所述的用于固定翼无人机的双目视觉避障系统一个实施例的结构示意图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面将结合附图对本技术作进一步的详细介绍。本技术提供一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统，如图1所示，包括依次连接的图像采集设备4、指令子系统5、固定翼无人机飞行控制器6。其中，图像采集设备4，包括左、右两个摄像头，用于采集视频信号41，并将视频信号发送至指令设备；指令子系统,5，用于根据接收到的视频信号生成相应的飞行制导指令51；固定翼无人机飞行控制器6，用于接收飞行制导指令，根据飞行制导指令控制飞行方向。具体实施时，图像采集设备以及指令子系统均安装在固定翼无人机上，且图像采集设备可选的通过串口线如CAN线与指令子系统连接，指令子系统连接到固定翼无人机飞行控制器上，实现固定翼无人机飞行控制器安装在固定翼无人机7上，实现了固定翼无人机飞行控制器接收制导指令后控制飞行航向，从而越过障碍物，安全飞行。进一步，指令子系统包括视觉处理器、制导指令计算器，其中，视觉处理器，用于接收两个摄像头采集的视频信号，并根据两个摄像头的内参数计算与前方障碍物的角度和距离参数；具体实施时，视觉处理器的型号为Nvidia公司的TegraK1。制导指令计算器，用于根据障碍物的角度和距离参数并利用人工势场算法计算控制无人机下一步飞行的制导指令，制导指令包括俯仰角或偏航角指令。人工势场法是由Khatib提出的一种虚拟力法。指导指令计算器具体实施可选的利用型号为TegraK1的处理器，运行人工势场法实现计算无人机的指导指令。原理是：将无人机在环境中的运动视为一种机器人在虚拟的人工受力场的运动。障碍物对无人机产生斥力，目标点对无人机产生引力，引力和斥力的合力作为机器人的加速力，来控制机器人的运动方向和计算机器人的位置。在无人机处在障碍物位置时有一极大值，并随无人机与障碍物距离的增大而单调减小，方向指向远离障碍物方向。指导指令计算器中运行的人工势场法可选的利用Matlab进行编辑。具体程序可选的参照如下：clearclcXo＝[00]；％起点位置k＝15；％计算引力需要的增益系数m＝4；％计算斥力的增益系数，都是自己设定的。Po＝2.5；％障碍影响距离，当障碍和车的距离大于这个距离时，斥力为0，即不受该障碍的影响。也是自己设定。n＝7；％障碍个数l＝0.2；％步长J＝600；％循环迭代次数％如果不能实现预期目标，可能也与初始的增益系数，Po设置的不合适有关。％end％给出障碍和目标信息Xsum＝[1010；11.5；32.2；44.5；36；62；5.56；88.2]；％这个向量是(n+1)*2维，其中[1010]是目标位置，剩下的都是障碍的位置。Xj＝Xo；％j＝1循环初始，将车的起始坐标赋给Xj％***************初始化结束，开始主体循环******************forj＝1:J％循环开始Goal(j,1)＝Xj(1)；％Goal是保存车走过的每个点的坐标。刚开始先将起点放进该向量。Goal(j,2)＝Xj(2)；％调用计算角度模块Theta＝compute_angle(Xj,Xsum,n)；％Theta是计算出来的车和障碍，和目标之间的与X轴之间的夹角，统一规定角度为逆时针方向，用这个模块可以计算出来。％调用计算引力模块Angle＝Theta(1)；％Theta(1)是车和目标之间的角度，目标对车是引力。angle_at＝Theta(1)；％为了后续计算斥力在引力方向的分量赋值给angle_at[Fatx,Faty]＝compute_Attract(Xj,Xsum,k,Angle)；％计算出目标对车的引力在x,y方向的两个分量值。fori＝1:nangle_re(i)＝Theta(i+1)；％计算斥力用的角度，是个向量，因为有n个障碍，就有n个角度。End。具体地，该处理器可选的集成或者连接定位芯片、存储芯片、数传电台、图传电台、北斗芯片等中至少一个。以便无人机将采集到的数据进行远程传输。具体的通过存储芯片预存飞行线路图。而具体利用无人机传输数据时候可选采用专用频段进行图像传输，达到提高的图像传输的距离，又不影响图像质量的目的。数传电台与图像电路原理一致，可选的包括发射端、接收端、显示端。具体的，可在本专利技术无人机上设置数传电台天线接收无人飞行器发送的无人飞行器飞行数据。具体的，无人机可利用的频段可选的为902－928MHZ。还可选根据工信部对无人飞行器频谱使用通知，利用840.5-845MHz、1430-1444MHz或2408-2440MHz频段。进一步，左、右两个摄像头的距离为6-12cm。以上只通过说明的方式描述了本技术的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本技术的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本技术权利要求保护范围的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统，其特征在于，包括依次连接的图像采集设备、指令设备、固定翼无人机飞行控制器，其中，图像采集设备包括左、右两个摄像头，用于采集视频信号，并将视频信号发送至指令子系统；指令子系统，用于根据接收到的视频信号生成相应的飞行控制指令；固定翼无人机飞行控制器，用于接收飞行控制指令，根据飞行控制指令控制飞行方向。

【技术特征摘要】
1.一种用于固定翼无人机的双目视觉避障系统，其特征在于，包括依次连接的图像采集设备、指令设备、固定翼无人机飞行控制器，其中，图像采集设备包括左、右两个摄像头，用于采集视频信号，并将视频信号发送至指令子系统；指令子系统，用于根据接收到的视频信号生成相应的飞行控制指令；固定翼无人机飞行控制器，用于接收飞行控制指令，根据飞行控制指令控制飞行方向。2.根据权利要求1所述的用于固定翼无人机的双目视觉避障系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：王谦，
申请(专利权)人：埃洛克航空科技北京有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11