一种无人机避障系统及无人机避障方法技术方案

本发明专利技术公开一种无人机避障系统及无人机避障方法，该系统包括：雷达装置以及无人机运动信息传输装置，雷达装置通过无人机中飞行控制系统与无人机运动信息传输装置连接，无人机运动信息传输装置实时获取无人机运行过程中的运动信息，经飞行控制系统发送给雷达装置，雷达装置实时根据接收到的运动信息调整目标检测跟踪策略，并将检测到的目标信息输出给飞行控制系统以控制无人机飞行。本发明专利技术具体结构简单紧凑、成本低、避障精度高以及安全可靠等优点。

An obstacle avoidance system and method of UAV

【技术实现步骤摘要】
一种无人机避障系统及无人机避障方法
本专利技术涉及无人机避障
，尤其涉及一种无人机避障系统及无人机避障方法。
技术介绍
随着农业、电力、工业等行业级无人机市场的迅速增长，无人机关键技术也在发生日新月异的进步，如实时图传、目标识别、地形跟随等技术，使得行业级无人机越来越趋向于智能化。在诸多技术趋势中，自动避障能力是实现无人机安全飞行的关键。精确的无人机自主避障系统能最大程度的减少因人为操作失误、视线问题造成的无人机损毁、人身事故和建筑事故等的发生。传统无人机避障方案通常采用视觉避障方式，但受限于摄像头体积、重量、功耗等问题，无法长时间续航工作，且易受天气影响，传统方案效果有限。采用在无人机上安装雷达以实现无人机避障方案可以很好的解决上述问题，现有技术中无人机搭载雷达的避障系统如图1所示，系统中包含雷达信号处理模块和飞行控制模块，通过雷达发射电磁波和接收回波信号，并做一系列的信号处理，可以得到障碍物的距离、速度和角度信息，将检测的目标信息实时发送给飞控系统，飞控系统再根据目标信息对无人机运动装置的状态做出调整，对高危型障碍物提前做出预警或者紧急制动，以免引起无人机和障碍物的碰撞，保证无人机飞行的安全。但是采用上述方案进行无人机避障时，由于雷达检测体制的限制和应用环境的复杂多样性，雷达的检测性能会受到极大的限制，如会存在以下问题：1、由于无人机飞行环境十分复杂，在一般条件下，为了在一定程度上避免虚警（假目标）对无人机正常飞行的影响，雷达目标检测的阀值一般设定的较高。虽然如毫米波雷达等能够很好的检测到如铁杆、树丛等强反射体障碍物，但其对如电线、小树枝等弱反射体目标的检测能力仍然有限，而如果没有及时检测到飞行前方的弱反射体障碍物，一旦无人机与障碍物发生碰撞，将会导致严重的后果。2、当无人机进行姿态切换的时候，安装在无人机上的雷达的波束指向方向会发生变化，这会导致不属于正常障碍物的目标被检测到，如可能检测到不在预警范围内的如地面、低于飞行高度的植被等目标，上传给飞控系统，这会引起误报，导致飞控系统采取紧急制动等不必要的措施，影响飞行效率。3、在雷达检测中，由于检测体制和环境的复杂性，可能到会有虚警目标被检测到，降低了雷达检测准确度，此时无人机依据雷达的检测信息进行调整，也会导致无人机采集紧急制动等不必要的措施，影响飞行效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、成本低、避障精度高以及安全可靠的无人机避障系统及无人机避障方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种无人机避障系统，包括：雷达装置以及无人机运动信息传输装置，所述雷达装置通过无人机中飞行控制系统与所述无人机运动信息传输装置连接，所述无人机运动信息传输装置实时获取无人机运行过程中的运动信息，经所述飞行控制系统发送给所述雷达装置，所述雷达装置实时根据接收到的所述运动信息调整目标检测跟踪策略，并将检测到的目标信息输出给所述飞行控制系统以控制无人机飞行。进一步的，所述雷达装置包括用于发射电磁波信号、接收回波信号的收发模块、用于对回波信号进行处理的雷达信号处理模块，所述雷达信号处理模块包括依次连接的目标检测单元、跟踪滤波单元、用于识别检测到的目标的有效性以滤除虚警的虚警管理单元以及目标信息输出单元，所述目标检测单元、跟踪滤波单元以及虚警管理单元分别与所述无人机运动信息传输装置连接。进一步的，所述目标检测单元包括CFAR检测子单元以及自适应调整子单元，所述自适应调整子单元接收所述无人机运动信息传输装置实时发送的运动信息，根据回波信号频谱以及接收到的所述运动信息调节所述CFAR检测子单元执行CFAR检测的检测门限。进一步的，所述跟踪滤波单元包括跟踪滤波执行子单元以及参数调整子单元，所述参数调整子单元接收所述无人机运动信息传输装置实时发送的运动信息，根据接收到的所述运动信息调整滤波参数以及轨迹跟踪参数。进一步的，所述虚警管理单元包括目标有效性识别子单元以及信息接收单元，所述信息接收单元接收所述无人机运动信息传输装置实时发送的运动信息，发送给所述目标有效性识别子单元，所述目标有效性识别子单元根据接收到的所述运动信息识别检测到的目标的有效性以滤除虚警。进一步的，所述目标检测单元的输出端还设置有用于对所求解的速度进行解模糊的速度解模糊单元，和/或用于对目标的角度进行测量的角度测量单元。进一步的，所述跟踪滤波单元的输出端还设置有用于根据滤波后的轨迹值进行目标分类的目标分类单元。进一步的，所述雷达装置为毫米波雷达。一种无人机避障方法，步骤包括：S1.实时获取无人机运行过程中的运动信息，经无人机中飞行控制系统发送给雷达装置；S2.所述雷达装置实时根据接收到的所述运动信息调整目标检测跟踪策略，并将检测到的目标信息输出给所述飞行控制系统以控制无人机飞行。进一步的，所述步骤S2中所述雷达装置实时根据接收到的所述运动信息调整目标检测跟踪策略包括：根据回波信号频谱以及接收到的所述运动信息调节执行CFAR检测的检测门限，以及根据接收到的所述运动信息调整跟踪滤波过程中的滤波参数以及轨迹跟踪参数，以及根据接收到的所述运动信息识别检测到的目标的有效性以滤除虚警中的任意一种或多种。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术无人机避障系统及无人机避障方法，通过无人机运动信息传输装置在无人机运行过程中，实时的将无人机飞行高度、飞行姿态和飞行速度等的运动信息通过飞行控制系统转发给雷达装置，雷达装置根据无人机的实时运动信息来对检测过程中的目标检测和跟踪策略进行实时的调整，可以极大的提高雷达的检测精度，提高雷达对弱小目标的检测能力，减少了误报的风险，实现精准避障，保证无人机的飞行安全。2、本专利技术无人机避障系统及无人机避障方法，进一步通过实时将无人机运动信息反馈给雷达进行目标检测、跟踪滤波以及虚警管理，使得在目标检测、跟踪滤波以及虚警管理的雷达信号处理过程中做出相应调整，可以减少雷达误报，降低由于飞行姿态切换导致雷达检测到低于飞行高度的不在预警范围内等情况的影响。3、本专利技术无人机避障系统及无人机避障方法，进一步在雷达目标检测过程中，根据无人机运动信息和回波频谱自适应调节检测门限，可以提高雷达对电线、小树枝等弱反射体目标的检测能力，同时减少由于无人机飞行姿态变换引起雷达倾向角朝下后雷达波束指向发生变化，而检测到低于飞行高度的不在预警范围内的目标所引起误报的影响。4、本专利技术无人机避障系统及无人机避障方法，进一步通过在跟踪滤波中结合无人机运动信息自适应调整滤波参数和轨迹跟踪参数，不仅能防止无人机速度过快导致目标丢失、轨迹断裂等情况发生，还能减少由于无人机飞行姿态变换后，雷达波束指向发生变化而检测到低于飞行高度的不在预警范围内的目标所引起误报的影响。5、本专利技术无人机避障系统及无人机避障方法，进一步通过实时将无人机运动信息反馈给雷达，在虚警管理中根据无人机运动信息自动识别检测到的目标的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机避障系统，其特征在于，包括：雷达装置（1）以及无人机运动信息传输装置（3），所述雷达装置（1）通过无人机中飞行控制系统（2）与所述无人机运动信息传输装置（3）连接，所述无人机运动信息传输装置（3）实时获取无人机运行过程中的运动信息，经所述飞行控制系统（2）发送给所述雷达装置（1），所述雷达装置（1）实时根据接收到的所述运动信息调整目标检测跟踪策略，并将检测到的目标信息输出给所述飞行控制系统（2）以控制无人机飞行。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机避障系统，其特征在于，包括：雷达装置（1）以及无人机运动信息传输装置（3），所述雷达装置（1）通过无人机中飞行控制系统（2）与所述无人机运动信息传输装置（3）连接，所述无人机运动信息传输装置（3）实时获取无人机运行过程中的运动信息，经所述飞行控制系统（2）发送给所述雷达装置（1），所述雷达装置（1）实时根据接收到的所述运动信息调整目标检测跟踪策略，并将检测到的目标信息输出给所述飞行控制系统（2）以控制无人机飞行。


2.根据权利要求1所述的无人机避障系统，其特征在于，所述雷达装置（1）包括用于发射电磁波信号、接收回波信号的收发模块、用于对回波信号进行处理的雷达信号处理模块（11），所述雷达信号处理模块（11）包括依次连接的目标检测单元（111）、跟踪滤波单元（112）、用于识别检测到的目标的有效性以滤除虚警的虚警管理单元（113）以及目标信息输出单元（114），所述目标检测单元（111）、跟踪滤波单元（112）以及虚警管理单元（113）分别与所述无人机运动信息传输装置（3）连接。


3.根据权利要求2所述的无人机避障系统，其特征在于，所述目标检测单元（111）包括CFAR检测子单元以及自适应调整子单元，所述自适应调整子单元接收所述无人机运动信息传输装置（3）实时发送的运动信息，根据回波信号频谱以及接收到的所述运动信息调节所述CFAR检测子单元执行CFAR检测的检测门限。


4.根据权利要求2所述的无人机避障系统，其特征在于，所述跟踪滤波单元（112）包括跟踪滤波执行子单元以及参数调整子单元，所述参数调整子单元接收所述无人机运动信息传输装置（3）实时发送的运动信息，根据接收到的所述运动信息调整滤波参数以及轨迹跟踪参数。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，张伟，张臣勇，王雨，车驰，何宁宇，
申请(专利权)人：成都纳雷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51