本发明专利技术提供一种具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统及控制方法，包括：前向激光雷达采集单元、下向激光雷达采集单元、高精度姿态传感器、高度位置传感器以及数据处理单元，通过采用一套独立运算模块来提升运算速度，在雷达采集到的三维数据云中，通过抽稀点云操作，提取重要的数据点，做到避障的精确把控；通过覆盖式数据处理方式，大批量排除无用的数据点，降低了无用计算带来的耗时与耗电，增加了无人机的整体航程，加快了无人机避障的反应速度；通过高度公式求得的切片数量，进一步降低了抽稀点云步骤的耗时性，在不降低抽稀点云重点抽稀数据的前提下，大大降低了计算用时。大大降低了计算用时。大大降低了计算用时。
【技术实现步骤摘要】
具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统及控制方法
[0001]本专利技术专利涉及垂直起降固定翼无人机避障巡航
，尤其是一种具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统及控制方法。
技术介绍
[0002]无人机的飞行安全一直是关系到无人机大规模商业应用的核心问题,尤其固定翼无人机，飞行速度快，相对于旋翼无人机，如何感知到障碍物、并且自主的规避障碍物是固定翼无人机飞行安全领域最前沿的研究课题。
[0003]随着无人机的自主飞行、跟踪飞行的大规模商业应用,无人机在自主航拍、跟拍的过程中对自主避障的功能要求变得更加迫切。
[0004]目前固定翼无人机主要采用四种不同的避障技术：
①
基于超声波探测的避障技术架构：超声波测距避障，这种技术类似于传统的倒车雷达系统,根据超声波探测,获知障碍物距离信息,然后采用相应策略避开障碍物,其特点是探测距离近,探测范围小,虽然方法成熟,但使用范围狭窄，尤其不适合快速移动的固定翼无人机避障。
[0005]②
基于双目视觉的障碍物深度提取：这种技术是基于双目视觉的图像景深重构方法,对视场内的景物进行景深重构,通过景深信息来判断视场内的障碍物情况,探测范围更广、距离更远,避障安全距离值更高,但是技术实现难度大,而且会受到光照强弱变化的影响，受外界干扰产生避障失效的几率较大。
[0006]例如：现有技术公开了一种无人机避障方法、避障无人机、无人机避障装置以及计算机可读存储介质，涉及无人机
，专利号为：CN2017113477347，公开了一种利用无人机摄像头采集障碍无人机图像；将所述障碍无人机图像输入预先训练的深度学习网络模型，得到避障飞行控制量，所述深度学习网络模型是通过输入障碍无人机训练图像以及对应的无人机实际飞行控制量进行训练得到的；依据所述避障飞行控制量控制无人机的飞行。本专利技术能够实现无人机在群间的自主避障。
[0007]上述现有技术中，采用图像重构模型的技术架构，达到无人机的自动避障目的，但该技术的图像模型就是基于平面的图像计算方式，与三维立体避障技术所采用的三维数据比较，平面二维数据存在避障误判的几率较高。
[0008]③
基于激光雷达的避障技术：激光雷达和图像采集最大的区别在于三维和平面的区别，现有技术中激光雷达运算方法和图像采集基本一致，不过激光雷达采集的图像是三维的，更精准的辅助避障系统来区别地体的高度、距离等。
[0009]但由于运算量大，运算时，电压会相应增加，能耗也随即增加，续航时间也会相应下降，实现每增加一个激光雷达避障方向，运算量将增加一倍，运算量大，带来的是自动避障的反应时间加大，大大降低了无人机避障的及时性和安全性。
[0010]例如：现有技术公开了一种无人机的混合避障装置的避障方法，专利号为：CN2018109790263,包括避障装置，所述避障装置包括装置本体、控制器、数据传输模块、数据处理模块、激光测距模块、超声波测距模块、激光成像模块和图像比对模块，通过设置激光测距和超声波测距混合测距，并将测量数据结合起来能够较为快速准确地完成飞行方向的障碍物检测，同时设置激光成像模块和图像对比模块来对障碍物的空隙进行成像和与无人机自身进行对比，从而判断能否穿过空隙，进而选择合适的飞行路径，本专利技术能够完成在较复杂的室内或其他障碍物密集的环境中进行有效的避障飞行。
[0011]上述现有技术反应时间较长，运算数据较大，在实际操作使用中，不适合固定翼无人机避障的快速响应。
[0012]④
基于毫米波雷达避障技术：现有技术还公开了一种雷达探测技术，例如：专利号为：CN2017101933230的专利技术专利，该专利技术提供一种固定翼无人机避障系统及其避障方法以及固定翼无人机，所述避障系统包括无人机飞行控制模块和毫米波雷达模块，其中：所述毫米波雷达模块，设置于所述固定翼无人机上，用于持续的发射接收毫米波波束或固定间隔时间的发射接收毫米波波束，探测所述固定翼无人机的前方航线环境，并将探测结果信号传输至所述无人机飞行控制模块；所述无人机飞行控制模块，用于根据所述探测结果信号控制所述固定翼无人机进行飞行和避障。通过采用毫米波雷达，可以提前对障碍物进行预警并具有充足时间对障碍物进行躲避，探测较大的前方空域，探测效率高，可以在复杂天气环境下以及黑夜条件下有效工作，同时整个系统的尺寸小、重量轻、成本较低。
[0013]上述技术包括飞行控制模块，毫米波雷达，与传统的激光雷达类似，但该专利技术探测避障技术中，考量其实时雷达探测的三维点数，可以多达300余万个，采用传统的矢量加载的方式进行渲染显示，分析处理如此庞大的数据集，并要精确分析图标，达到避障的实时精准控制，不是一键容易的事，专利技术人亦尝试过很多系统，包括 ArcGIS系统处理机制，其在大量数据运算时经常处于卡停状态，一旦发生实际飞行巡航，容易造成无人机的撞击事故，故而上述技术实现起来，困难较大。
技术实现思路
[0014]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统及控制方法，通过独立运算模块配合抽稀点云数据处理技术，大大提高了数据运算速度；结合高度值切片模型，实现快速计算架构，相比于现有技术，能够保证数据分析更加精准，避障响应更加快速。
[0015]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统及控制方法，其中：具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统，包括：前向激光雷达采集单元：采用激光雷达结构，用于采集无人机前方的地形及其他障碍的三维数据。
[0016]下向激光雷达采集单元：采用激光雷达结构，用于无人机下方的地形及其他障碍的三维数据。
[0017]高精度姿态传感器：用于获取、记录和分析无人机的实时姿态信息，并同步传送至
独立运算模块。
[0018]高度位置传感器：用于获取无人机的高度值信息，并实时传送给独立运算模块。
[0019]作为一种举例说明，所述高度位置传感器包括：气压计、GPS。
[0020]数据处理单元，包括：独立运算模块，用于对所述前向激光雷达采集单元和下向激光雷达采集单元采集的三维数据进行抽稀点云处理，通过所述独立运算模块内置的高度公式算法，对抽稀点云集进行切片操作，再将切片后的数据进行网格化分析后传送至飞机控制单元。
[0021]作为一种举例说明，所述独立运算模块还内置有位移覆盖算法，可进一步降低无人机整体能耗，提高无人机避障反应速度，增加巡航里程。
[0022]飞机控制单元，根据所述独立运算模块处理后的数据，控制无人机飞行时的自动避障动作，所述飞机控制单元还用于控制无人机定高巡航。
[0023]作为一种举例说明，所述无人机为垂直起降固定翼无人机。
[0024]具备智能避障、定高巡航功能的无人机控制方法，包括：步骤一、自动避障功能开启；无人机起飞同时，独立运算模块、前向激光雷达采集单元和下向激光雷达采集单元同步开启工作，所述独立运算模块对前向激光雷达采集单元和下向激光雷达采集单元采集到本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统，其特征在于，包括：前向激光雷达采集单元：采用激光雷达结构，用于采集无人机前方的地形及其他障碍的三维数据；下向激光雷达采集单元：采用激光雷达结构，用于采集无人机下方的地形及其他障碍的三维数据；高精度姿态传感器：用于获取、记录和分析无人机的实时姿态信息，并同步传送至独立运算模块；高度位置传感器：用于获取无人机的高度值信息，并实时传送给独立运算模块；数据处理单元，包括：独立运算模块，用于对所述前向激光雷达采集单元和下向激光雷达采集单元采集的三维数据进行抽稀点云处理，通过所述独立运算模块内置的高度公式算法，对抽稀点云集进行切片操作，再将切片后的数据进行网格化分析后传送至飞机控制单元；飞机控制单元，根据所述独立运算模块处理后的数据，控制无人机飞行时的自动避障动作，所述飞机控制单元还用于控制无人机定高巡航。2.根据权利要求1所述的具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统，其特征在于，所述高度位置传感器包括：气压计。3.根据权利要求1所述的具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统，其特征在于，所述无人机为垂直起降固定翼无人机。4.根据权利要求1所述的具备智能避障、定高巡航功能的无人机系统，其特征在于，所述独立运算模块还内置有位移覆盖算法。5.具备智能避障、定高巡航功能的无人机控制方法，其特征在于，包括：步骤一、自动避障功能开启；无人机起飞同时，独立运算模块、前向激光雷达采集单元和下向激光雷达采集单元同步开启工作，所述独立运算模块对前向激光雷达采集单元和下向激光雷达采集单元采集到的三维点云数据进行抽稀处理，得到抽稀点云集；所述抽稀点云集包括：前向抽稀点云集与下向抽稀点云集；步骤二、对所述前向抽稀点云集和下向抽稀点云集进行切片操作，所述切片操作后得到的切片数量依据高度公式求得；所述高度公式为：Z=Q＆F（当Q≥F时,Z∈Q;当Q＜F时，Z∈F）其中：Q=（5000
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H）；F=1000式中，Z为最终的切片数量；H为无人机实际飞行高度；无人机实际飞行高度H：通过高度位置传感器实时获取；Q为无人机实际高度不高于4000米时的切片数量值；F为无人机实际高度超过4000米时保留的最低安全切片数量值；步骤三、所述独立运算模块对得到的数量为Z的切片逐一进行网格化数据分析，并将最终分析结果实时传送至飞机控制单元，通过飞机控制单元，控制无人机实时避障；步骤四、使用者通过飞机控制单元，还可以控制无...
【专利技术属性】
技术研发人员：程海涛，邹彪，武超，叶剑锋，任伟达，朱晓康，朱松涛，张伟，刘俊男，杜玉玺，王泽昭，孙诗睿，
申请(专利权)人：国网西藏电力有限公司超高压分公司，
类型：发明
国别省市：
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