一种无人机自主返航控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机自主返航控制系统，包括导航信号接收模块，用于接收卫星导航信号；遥控信号收发模块，用于和控制终端通讯连接，收发遥控信号；雷达探测模块，包括成180°夹角安装的两个雷达探头，用于对无人机周边障碍物进行探测；雷达信号分析模块，与雷达探测模块通讯连接，用于对雷达回波信号进行分析；自主控制模块，分别与导航信号接收模块、遥控信号收发模块和雷达信号分析模块通讯连接，用于实现无人机的自主控制。本发明专利技术能够改进现有技术的不足，提高无人机在自主飞行过程中的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机自主返航控制系统及其控制方法
本专利技术涉及无人机控制
，尤其是一种无人机自主返航控制系统及其控制方法。
技术介绍
无人机凭借其机身小巧灵活的特点，在各类巡查监控、航拍飞播作业中被广泛使用。传统的无人机飞行控制均是通过地面控制终端进行遥控，一旦遥控信号中断，无人机的飞行便会出现问题。为了解决这个问题，现有技术使用GPS信号对无人机进行导航，实现无人机的自主飞行。但是，实际的飞行环境错综复杂，无人机在自主飞行时危险性高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种无人机自主返航控制系统及其控制方法，能够解决现有技术的问题，提高无人机在自主飞行过程中的安全性。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种无人机自主返航控制系统，包括，导航信号接收模块，用于接收卫星导航信号；遥控信号收发模块，用于和控制终端通讯连接，收发遥控信号；雷达探测模块，包括成180°夹角安装的两个雷达探头，用于对无人机周边障碍物进行探测；雷达信号分析模块，与雷达探测模块通讯连接，用于对雷达回波信号进行分析；自主控制模块，分别与导航信号接收模块、遥控信号收发模块和雷达信号分析模块通讯连接，用于实现无人机的自主控制。一种上述的无人机自主返航控制系统的控制方法，包括以下步骤：A、当遥控信号收发模块能够接受到遥控信号时，自主控制模块执行遥控信号收发模块接收的控制指令；B、当遥控信号收发模块失去与控制终端的通讯连接时，自主控制模块根据导航信号接收模块提供的导航信号自动返回预设地点；C、当遥控信号收发模块失去与控制终端的通讯连接且导航信号接收模块无法接收到卫星导航信号时，自主控制模块控制无人机上升至预设高度，然后进行圆周巡航飞行，搜索卫星导航信号和遥控信号；D、在遥控信号收发模块失去与控制终端的通讯连接时，雷达探测模块开始工作，对无人机飞行方向的前侧和后侧区域进行扫描，雷达探测模块将扫描结果发送至雷达信号分析模块；E、雷达信号分析模块对扫描结果进行分析，得出无人机周边障碍物位置；F、自主控制模块根据无人机周边障碍物位置对无人机进行避障控制。作为优选，步骤D中，雷达探测模块对无人机飞行方向的前侧和后侧区域进行扫描时，位于无人机飞行方向前侧的雷达探头的扫描角度为120°，扫描频率为5次/秒，位于无人机飞行方向后侧的雷达探头的扫描角度为75°，扫描频率为1次/秒。作为优选，步骤E中，雷达信号分析模块对扫描结果进行分析包括以下步骤，E1、根据扫描结果中障碍物出现的位置，确定最大危险区域，最大危险区域包含所有扫描结果中的障碍物坐标；E2、根据不同扫描周期中障碍物的分布状态，对障碍物的风险进行区分，在最大危险区域中删除低风险障碍物，得到优化危险区域。作为优选，步骤E2中，根据相连障碍物之间的相对位置对障碍物进行分组，同组内的障碍物之间的相对位置在不同扫描周期中的变化率低于设定阈值，计算分组后每组内的平均障碍物数量，将低于平均障碍物数量50％的障碍物组进行标记，将标记出的障碍物组与无人机的距离进行计算，将距离大于设定安全距离且被标记的障碍物组进行删除；删除障碍物后，将最大危险区域的边界进行重新界定，然后对保留的相邻障碍物组之间的距离进行判定，将相邻障碍物组之间距离大于无人机最大宽度2倍的区域从最大危险区域删除，得到优化危险区域。作为优选，步骤F中，自主控制模块将既定飞行路线与优化危险区域进行比对，在保证飞行路线不与优化危险区域重叠的前提下，选择最短长度的飞行路线作为最终飞行路线执行。采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本专利技术通过使用雷达装置对无人机的飞行进行实时监控，并通过优化雷达信号的处理方式，降低雷达信号分析处理的运算量，从而在满足无人机飞行数据实时性要求的前提下，降低分析处理装置的硬件配置要求和能耗水平，从而降低对于无人机续航能力的影响。附图说明图1是本专利技术一个具体实施方式的系统原理图。具体实施方式参照图1，本专利技术一个具体实施方式包括，导航信号接收模块1，用于接收卫星导航信号；遥控信号收发模块2，用于和控制终端通讯连接，收发遥控信号；雷达探测模块3，包括成180°夹角安装的两个雷达探头，用于对无人机周边障碍物进行探测；雷达信号分析模块4，与雷达探测模块3通讯连接，用于对雷达回波信号进行分析；自主控制模块5，分别与导航信号接收模块1、遥控信号收发模块2和雷达信号分析模块4通讯连接，用于实现无人机的自主控制。一种上述的变无人机自主返航控制系统的控制方法，包括以下步骤：A、当遥控信号收发模块2能够接受到遥控信号时，自主控制模块5执行遥控信号收发模块2接收的控制指令；B、当遥控信号收发模块2失去与控制终端的通讯连接时，自主控制模块5根据导航信号接收模块1提供的导航信号自动返回预设地点；C、当遥控信号收发模块2失去与控制终端的通讯连接且导航信号接收模块1无法接收到卫星导航信号时，自主控制模块5控制无人机上升至预设高度，然后进行圆周巡航飞行，搜索卫星导航信号和遥控信号；D、在遥控信号收发模块2失去与控制终端的通讯连接时，雷达探测模块3开始工作，对无人机飞行方向的前侧和后侧区域进行扫描，雷达探测模块3将扫描结果发送至雷达信号分析模块4；E、雷达信号分析模块4对扫描结果进行分析，得出无人机周边障碍物位置；F、自主控制模块5根据无人机周边障碍物位置对无人机进行避障控制。步骤D中，雷达探测模块3对无人机飞行方向的前侧和后侧区域进行扫描时，位于无人机飞行方向前侧的雷达探头的扫描角度为120°，扫描频率为5次/秒，位于无人机飞行方向后侧的雷达探头的扫描角度为75°，扫描频率为1次/秒。步骤E中，雷达信号分析模块4对扫描结果进行分析包括以下步骤，E1、根据扫描结果中障碍物出现的位置，确定最大危险区域，最大危险区域包含所有扫描结果中的障碍物坐标；E2、根据不同扫描周期中障碍物的分布状态，对障碍物的风险进行区分，在最大危险区域中删除低风险障碍物，得到优化危险区域。步骤E2中，根据相连障碍物之间的相对位置对障碍物进行分组，同组内的障碍物之间的相对位置在不同扫描周期中的变化率低于设定阈值，计算分组后每组内的平均障碍物数量，将低于平均障碍物数量50％的障碍物组进行标记，将标记出的障碍物组与无人机的距离进行计算，将距离大于设定安全距离且被标记的障碍物组进行删除；删除障碍物后，将最大危险区域的边界进行重新界定，然后对保留的相邻障碍物组之间的距离进行判定，将相邻障碍物组之间距离大于无人机最大宽度2倍的区域从最大危险区域删除，得到优化危险区域。步骤F中，自主控制模块5将既定飞行路线与优化危险区域进行比对，在保证飞行路线不与优化危险区域重叠的前提下，选择最短长度的飞行路线作为最终飞行路线执行。本专利技术采用的雷达系统运算量小、功耗低，对于无人机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机自主返航控制系统，其特征在于：包括，/n导航信号接收模块(1)，用于接收卫星导航信号；/n遥控信号收发模块(2)，用于和控制终端通讯连接，收发遥控信号；/n雷达探测模块(3)，包括成180°夹角安装的两个雷达探头，用于对无人机周边障碍物进行探测；/n雷达信号分析模块(4)，与雷达探测模块(3)通讯连接，用于对雷达回波信号进行分析；/n自主控制模块(5)，分别与导航信号接收模块(1)、遥控信号收发模块(2)和雷达信号分析模块(4)通讯连接，用于实现无人机的自主控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机自主返航控制系统，其特征在于：包括，
导航信号接收模块(1)，用于接收卫星导航信号；
遥控信号收发模块(2)，用于和控制终端通讯连接，收发遥控信号；
雷达探测模块(3)，包括成180°夹角安装的两个雷达探头，用于对无人机周边障碍物进行探测；
雷达信号分析模块(4)，与雷达探测模块(3)通讯连接，用于对雷达回波信号进行分析；
自主控制模块(5)，分别与导航信号接收模块(1)、遥控信号收发模块(2)和雷达信号分析模块(4)通讯连接，用于实现无人机的自主控制。


2.一种权利要求1所述的变无人机自主返航控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、当遥控信号收发模块(2)能够接受到遥控信号时，自主控制模块(5)执行遥控信号收发模块(2)接收的控制指令；
B、当遥控信号收发模块(2)失去与控制终端的通讯连接时，自主控制模块(5)根据导航信号接收模块(1)提供的导航信号自动返回预设地点；
C、当遥控信号收发模块(2)失去与控制终端的通讯连接且导航信号接收模块(1)无法接收到卫星导航信号时，自主控制模块(5)控制无人机上升至预设高度，然后进行圆周巡航飞行，搜索卫星导航信号和遥控信号；
D、在遥控信号收发模块(2)失去与控制终端的通讯连接时，雷达探测模块(3)开始工作，对无人机飞行方向的前侧和后侧区域进行扫描，雷达探测模块(3)将扫描结果发送至雷达信号分析模块(4)；
E、雷达信号分析模块(4)对扫描结果进行分析，得出无人机周边障碍物位置；
F、自主控制模块(5)根据无人机周边障碍物位置对无人机进行避障控制。


3.根据权利要求2所述的变无人...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志为，张海亮，杨宏宇，祁紫轩，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北;13