[發明專利]一種輕型無人機自主感知與規避方法

在審

• 申請號: 201510403797.4
• 申請日: 2015-07-13
• 公開（公告）號: CN104914877A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 沈陽飛羽航空科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于航路規劃領域，特別是涉及一種輕型無人機在隔離空域超視距飛行自主感知與規避方法。

背景技術

根據《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理暫行規定》，在融合空域中運行的大型無人機必須安裝無人機感知與規避系統，使大型無人機具備發現與避讓的能力，輕型無人機沒有強制規定安裝無人機感知與規避系統。輕型無人機，是指空機質量大于7?千克，但小于等于116?千克的無人機，且全馬力平飛中，校正空速小于100?千米/小時，升限小于3000?米。輕型無人機使用廣泛，需要具備感知與規避能力，在隔離空域作業飛行時與無人機、遙控飛艇可能發生危險接近或相撞。

輕型無人機成本低，采用傳統的空中交通警告和防撞系統、廣播式自動相關監視等合作型感知規避方法并不適用。采用光學成像系統、雷達探測系統等非合作型自主感知規避方法成為可能，采用雷達探測系統的方法，因輕型無人機成本和載荷的限制，很難實施。采用光學成像系統的感知與規避方法雖受到氣象條件的限制，但成本低、便于實施。目前已有基于雙目或多目攝像設備的視覺檢測無人機防撞系統，通過數據鏈實時警告地面控制站操作手，通過手動操作防止碰撞，由于無人機與地面站之間的數據傳輸存在一定的滯后性，即使在發現將要發生碰撞的情況下，無人機操控員指令無人機規避碰撞的能力也會受到一定的限制，沒有實現自主感知與規避，其機載設備體積大、重量重、成本高、數據處理復雜，也很難直接應用于輕型無人機。

輕型無人機在隔離空域超視距作業飛行時，空中相撞主要危險來至飛行前向，考慮到輕型無人機載荷、成本等約束條件，實現一種輕型無人機前向自主感知與規避方法。

發明內容

針對上述存在的技術不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種輕型無人機自主感知與規避方法。因為空中相撞主要危險來至飛行前向，通過前視單目定焦攝像機獲取視頻圖像，基于視覺感知技術，提出一種自主感知與規避方法。能夠在輕型無人機超視距飛行時，解決輕型無人機飛行前向與無人機、飛艇危險接近，發生空中相撞的問題，確保輕型無人機與空中目標（以下簡稱目標）保持一定的安全飛行間隔。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為一種基于前視單目定焦攝像機的輕型無人機自主感知與規避方法。首先通過輕型無人機前視單目定焦攝像機采集視頻圖像，然后利用現有技術通過視頻處理識別發現目標，確定目標數量；分別計算目標的像在像直角坐標系內的長度、高度和位置關系；在空間直角坐標系通過小范圍機動，確定目標長度；在攝像設備坐標系內確定目標與攝像機相對位置關系、目標運動趨勢，最后根據攝像設備坐標系內目標位置和運動趨勢判斷輕型無人機是否危險接近目標，如危險接近在空間直角坐標系內給出規避方法。具體步驟如下。

步驟一、通過輕型無人機前視單目定焦攝像機采集視頻圖像。攝像機焦距為f，水平視場角為α，垂直視場角為β。

將攝像機做如下標定，以光心o₁為原點構建攝像機坐標系o₁x₁y₁z₁，光軸為z₁軸，位于輕型無人機的機體左右對稱平面內或平行于左右對稱平面，輕型無人機定速巡航時z₁軸與地面平行，光軸在機體左右對稱平面內的投影與機體軸線夾角為θ₁，z₁軸指向機體前方；x₁軸與z₁軸垂直，指向機體右方；y₁軸垂直x₁軸和z₁軸，指向機體上方。光軸延長線與像平面交點為o；以o點為原點，構建像平面直角坐標系oxy，?x軸平行與x₁軸，指向相同；y軸平行于y₁軸，指向相同；oxy平面與o₁x₁y₁平面平行，兩平面間距離為f。

步驟二、利用現有技術通過視頻處理識別發現目標，確定目標數量，并分別計算目標的像在像直角坐標系內的輪廓，計算出像的長度、高度和像的位置關系，在攝像機坐標系內計算目標與輕型無人機相對位置關系和目標運動趨勢。