[发明专利]一种基于无人机的环境感知与避障系统及方法

权利要求书

1.一种基于无人机的环境感知与避障方法，其特征在于，所述基于无人机的环境感知与避障方法，包括以下步骤：

步骤一，雷达探测模块利用安装在无人机四个端点的雷达发射激光束对路径进行探测，信号接收模块利用信号接收程序进行反射信号的接收；通过信号处理模块利用信号处理程序对信号进行处理，对信号进行降噪，并对降噪后的信号进行增强；

步骤二，中央控制模块分别控制雷达探测模块、信号接收模块、信号处理模块、探测结果分析模块、障碍物方向确定模块、障碍物距离确定模块、相对速度确定模块、模型构建模块、模型训练模块、路径规划模块和避障执行模块各个模块的正常运行；

步骤三，探测结果分析模块利用探测结果分析程序进行处理后信号的分析，障碍物方向确定模块利用障碍物方向确定程序确定障碍物方向；障碍物距离确定模块利用障碍物距离确定程序确定障碍物距离，相对速度确定模块利用相对速度确定程序确定无人机与障碍物的相对速度；

步骤四，模型构建模块利用模型构建程序进行深度神经网络模型的构建，进行障碍物的分类识别，模型训练模块利用模型训练程序通过训练集对构建的模型进行训练；

步骤五，路径规划模块利用路径规划程序依照训练后的模型确定障碍物种类，进行路径规划；避障执行模块利用避障执行程序按照规划路径进行避障；

步骤一中，所述通过信号处理模块利用信号处理程序对信号进行处理，对信号进行降噪，包括：

将载波信号降噪问题分解频域处理和时域处理两个阶段，频域处理阶段采用傅里叶分解方法对载波信号进行频域处理，时域处理阶段将码元信号特征引入电力信号时域重构过程，对信号进行二次降噪；

所述频域处理阶段采用傅里叶分解方法对载波信号进行频域处理，包括以下步骤：

(1)设信号接收模块处采样到信号为x(t)，采用傅里叶分解将采样信号转化为频域形式X(ω)，选取选取幅值最大的频率f作为载波频率；

(2)选取幅值最大的频率f作为载波频率中心点；

(3)将X(ω)中频率分量置零，新生成的频域信号表示为X'(ω)；

(4)对经处理后的频域信号X'(ω)进行反傅里叶变换，还原为时域信号，为信号在时域处理做准备；

所述时域处理阶段将码元信号特征引入电力信号时域重构过程，包括以下步骤：

1)为在时域上对载波信号和噪声的低频小幅值分量进行分离，选取码元幅值Vsignal的μ倍作为判断赋值判断依据，其中0μ1，μ值的选取需根据载波环境设定，载波信道条件越好μ值越接近于1；

2)为滤出混合信号中脉冲信号在载波频段的分量，同时保证信号经频域降噪后码元位置的不变性，对码元位置进行校验；设码元持续时间为TS，码元长度计数器Couti表示第i个码元信号的采样时间长度；

3)载波信号幅值补偿：为消减背景噪声对载波信号幅值的影响，对经过码元长度验证的信号进行幅值补偿。

2.如权利要求1所述基于无人机的环境感知与避障方法，其特征在于，步骤一中，所述通过信号接收模块利用信号接收程序进行反射信号的接收，具体为：

设定雷达信号发射天线网络和雷达信号接收天线网络，然后将雷达发射信号中的最优探测信号矩阵和雷达发射信号中的干扰信号在所述雷达信号发射天线网络同时发射，经障碍物反射后得到干扰低的雷达探测回波信号。

3.如权利要求1所述基于无人机的环境感知与避障方法，其特征在于，步骤三中，所述通过探测结果分析模块利用探测结果分析程序进行处理后信号的分析，具体包括：

雷达信号接收天线网络对所述干扰低的雷达探测回波信号进行接收，并对接收到的干扰低的雷达探测回波信号进行融合积累后，得到融合积累后的雷达探测回波信号，对融合积累后的雷达探测回波信号进行脉冲压缩处理后，得到障碍物的位置信息，所述障碍物的位置信息为一种射频掩护信号下的阵列雷达信号发射接收结果。