[发明专利]一种用于低空航空器的自动避障装置和方法

说明书

本发明公开了一种用于低空航空器的自动避障装置和方法，属于自动避障领域。该装置包括：激光雷达、摄像部件和控制器；激光雷达，用于判断航空器前方是否存在障碍物，当存在障碍物时，获取障碍物的深度信息；摄像部件，用于对航空器前方的小目标障碍物进行检测，获取障碍物的图像信息；控制器，用于根据激光雷达采集到深度信息与摄像部件采集到的图像信息，对障碍物进行检测、识别与分类，并根据检测得到的障碍物信息，实现航空器的自主避障。本发明通过摄像部件与激光雷达相融合，可准确获取小目标障碍物信息，利用避障单元使人工势场中的航空器在吸引力和排斥力的共同作用下避开障碍物，提高了低空航空器自动避障的准确性与安全性。

技术领域

本发明属于自动避障领域，更具体地，涉及一种用于低空航空器的自动避障装置和方法。

背景技术

伴随着科技的发展，低空航空器(最大上升高度500米)已在交通监视、通讯中继、气候检测和土地规划等多领域，展现出巨大的发展空间。由于低空航空器在执行的任务过程中，时常会遇到各种类型的障碍物，故急需一种避障装置，以保障低空航空器的飞行安全。

低空航空器自主避障功能的实现，建立在障碍物检测的基础之上，为此，需要结合多种传感器，对低空航空器周围环境进行感知，以获取障碍物的位置、大小和类别信息。探测环境信息的方法主要包括视觉传感器、非视觉传感器、视觉与非视觉传感器融合等方法。常用的视觉传感器包括单目视觉传感器、双目视觉传感器、光流传感器；单目传感器无法获取深度信息，一般无法直接用于户外环境检测；双目传感器虽然可以获取深度信息，但由于摄像头之间的距离限制，对于检测较远距离障碍物有一定的难度；光流法由于对摄像头与障碍物之间的相对运动信息过于依赖，航空器在起飞、降落、慢速飞行时难以对障碍物进行准确的检测。

非视觉传感器包括激光、超声波、红外和雷达等传感器；激光传感器只能对一个方向进行检测；超声波传感器中超声波为机械波，有效测量距离较短，应用在航空器上时，容易受到干扰和衰减，使得检测精度较差，测得的有效数据较少，无法实现精确平滑的障碍物检测；红外传感器的测量距离较短，无法安装在航空器上，实现远距离探测。

总体而言，障碍物检测方法无法实现远距离、高精度的障碍物检测，造成低空航空器自动避障的准确度和安全性较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于低空航空器的自动避障装置和方法，其目的在于实现远距离小目标障碍物的检测与识别，提高低空航空器自动避障的准确性与安全性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于低空航空器的自动避障装置，该装置固定在航空器底部；包括：激光雷达、摄像部件和控制器；

激光雷达，用于判断航空器前方是否存在障碍物，当存在障碍物时，获取障碍物的深度信息；

摄像部件，用于对小目标障碍物进行检测，获取小目标障碍物的图像信息；所述小目标障碍物指距航空器200米以外的障碍物；

控制器，用于根据激光雷达采集到深度信息与摄像部件采集到的图像信息，对障碍物进行检测、识别与分类，并根据检测得到的障碍物信息，实现航空器的自主避障。

进一步地，所述控制器包括特征提取单元和避障单元：

特征提取单元，利用前部卷积层提取激光雷达和摄像部件采集到的信息底层的细粒度特征，利用后部卷积层提取所述信息的语义特征，得到障碍物类型和距离信息；

避障单元，用于根据障碍物类型和距离信息，使人工势场中的航空器在吸引力和排斥力的共同作用下避开障碍物。

进一步地，所述装置还包括：机壳和底座；

所述底座为四方体支架结构；所述机壳为空心四方体结构，且其内部设置有H型结构的安装框架；激光雷达固定在底座一端，机壳固定在底座上方。