本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)，具體為一種基于雷達(dá)控制的無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)逐漸走進(jìn)大眾的視野，并且無(wú)人機(jī)也越來(lái)越被廣泛的運(yùn)用到人們的生活中，從工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等多方面進(jìn)行運(yùn)用，扮演著重要的角色。

2、同時(shí)，由于技術(shù)的突破，無(wú)人機(jī)在續(xù)航方面有了顯著提高，能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間工作，并且也能夠到達(dá)更遠(yuǎn)的距離，將雷達(dá)與無(wú)人機(jī)結(jié)合起來(lái)，能夠使得無(wú)人機(jī)進(jìn)行超遠(yuǎn)距離的工作，但同時(shí)，我們還需面臨一個(gè)問(wèn)題，就是通過(guò)雷達(dá)如何能夠高效的判斷前行路線上的障礙物，并進(jìn)行有效躲避。

3、針對(duì)上述情況，我們需要一種基于雷達(dá)控制的無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)，不僅能夠從多因素綜合考慮，判斷無(wú)人機(jī)是否需要對(duì)前行路線上的障礙物進(jìn)行躲避，還能夠根據(jù)控制端操控者日常行為習(xí)慣的不同對(duì)避障方案進(jìn)行篩選，選取最佳避障方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于雷達(dá)控制的無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于雷達(dá)控制的無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)，包括：雷達(dá)掃描構(gòu)圖模塊、避障路徑判斷模塊、避障路徑推薦模塊，

3、所述雷達(dá)掃描構(gòu)圖模塊，用于通過(guò)無(wú)人機(jī)上裝載的雷達(dá)對(duì)無(wú)人機(jī)周邊地形進(jìn)行掃描，并通過(guò)獲取的掃描數(shù)據(jù)及無(wú)人機(jī)自身行駛速度構(gòu)建周邊環(huán)境的3d模型；

4、所述避障路徑判斷模塊，用于對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行判斷，判別具體需要無(wú)人機(jī)進(jìn)行避障的環(huán)境情況及對(duì)應(yīng)的多種避障方案；

5、所述避障路徑推薦模塊，用于接受避障路徑判斷模塊傳遞的避障方案，并根據(jù)無(wú)人機(jī)控制端操控者日常的行為習(xí)慣及操作時(shí)的狀態(tài)對(duì)避障方案進(jìn)行選擇，給無(wú)人機(jī)控制端操控者最適合當(dāng)前環(huán)境下執(zhí)行的避障方案。

6、本發(fā)明通過(guò)多模塊的協(xié)同合作，共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)是否需要進(jìn)行避障行為的判斷，及如何篩選最佳的避障方案的功能，雷達(dá)掃描構(gòu)圖模塊主要是通過(guò)雷達(dá)采集的信息建立周邊環(huán)境的3d模型，避障路徑判斷模塊主要實(shí)現(xiàn)了判斷無(wú)人機(jī)是否需要進(jìn)行避障行為的功能，并針對(duì)性的給出了八種避障方案，避障路徑判斷模塊主要是從多方面因素綜合考慮，對(duì)避障方案進(jìn)行篩選，獲取最佳的避障方案。

7、進(jìn)一步的，所述一種基于雷達(dá)控制的無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)還包括基于雷達(dá)控制的無(wú)人機(jī)避障方法，所述基于雷達(dá)控制的無(wú)人機(jī)避障方法具體操作步驟如下：

8、s1、在雷達(dá)掃描構(gòu)圖模塊中，通過(guò)無(wú)人機(jī)上裝載的雷達(dá)對(duì)無(wú)人機(jī)周邊地形進(jìn)行掃描，并通過(guò)獲取的掃描數(shù)據(jù)及無(wú)人機(jī)自身行駛速度構(gòu)建周邊環(huán)境的3d模型；

9、s2、采用避障路徑判斷模塊對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行判斷，判別具體需要無(wú)人機(jī)進(jìn)行避障的環(huán)境情況及對(duì)應(yīng)的多種避障方案；

10、s3、采用避障路徑推薦模塊接受避障路徑判斷模塊傳遞的避障方案，并根據(jù)無(wú)人機(jī)控制端操控者日常的行為習(xí)慣及操作時(shí)的狀態(tài)對(duì)避障方案進(jìn)行選擇，給無(wú)人機(jī)控制端操控者最適合當(dāng)前環(huán)境下執(zhí)行的避障方案。

11、進(jìn)一步的，所述避障路徑判斷模塊包括：避障行為判斷模塊和避障方案分析模塊，

12、所述避障行為判斷模塊，根據(jù)雷達(dá)掃描構(gòu)圖模塊中構(gòu)建的周邊環(huán)境的3d模型，判斷該無(wú)人機(jī)按當(dāng)前行駛狀態(tài)是否能夠正常通行，對(duì)于不能正常通行的情況，則需要進(jìn)行避障；

13、所述避障方案分析模塊，根據(jù)無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)到達(dá)障礙物時(shí)與障礙物各邊緣的距離qn，所述n為障礙物的各個(gè)方向，分別選取向障礙物上方、下方、左方、右方、左上方、左下方、右上方、右下方這八個(gè)方位進(jìn)行避障時(shí)，無(wú)人機(jī)需要執(zhí)行的避障方案。

14、本發(fā)明避障路徑判斷模塊包括避障行為判斷模塊和避障方案分析模塊，避障行為判斷模塊主要功能是判斷該無(wú)人機(jī)在當(dāng)前情況下是否需要進(jìn)行避障行為，避障方案分析模塊主要是從無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)到達(dá)障礙物時(shí)與障礙物各邊緣的距離qn進(jìn)行考慮，獲取無(wú)人機(jī)避障的八個(gè)方案。

15、進(jìn)一步的，所述避障行為判斷模塊在對(duì)無(wú)人機(jī)是否需要進(jìn)行避障行為的判斷時(shí)，需要計(jì)算當(dāng)前無(wú)人機(jī)前進(jìn)方向所在的直線與障礙物所在垂面的交點(diǎn)a，所述障礙物所在垂面與無(wú)人機(jī)前進(jìn)方向垂直，

16、獲取無(wú)人機(jī)的尺寸，并計(jì)算無(wú)人機(jī)從機(jī)頭向機(jī)尾方向的主視圖，對(duì)主視圖進(jìn)行處理，獲取能夠完全容納該主視圖的最小矩形，將該矩形的中心點(diǎn)替換交點(diǎn)a，若該矩形與障礙物所在垂面中的障礙物有重合部分，則判斷該無(wú)人機(jī)需要進(jìn)行避障，

17、同時(shí)，避障行為判斷模塊還獲取日常飛行中控制端同一操控者的直線飛行記錄，調(diào)取該操控者在進(jìn)行單位距離b的直線飛行時(shí)，通過(guò)建立空間直角坐標(biāo)系，對(duì)其操控的無(wú)人機(jī)飛行軌跡進(jìn)行擬合，計(jì)算無(wú)人機(jī)在進(jìn)行直線飛行時(shí)與理論直線飛行軌跡的平均偏離距離c，

18、將平均偏離距離c除以直線飛行的單位距離b，進(jìn)而可以得到該操控者操控?zé)o人機(jī)時(shí)的偏離角度α的正切值，即，進(jìn)而得到該操控者操控?zé)o人機(jī)時(shí)的偏離角度，

19、所述偏離角度α的值與操作端的操控者有關(guān)，操控者的技術(shù)好，則相應(yīng)的偏離角度α的值小，

20、獲取當(dāng)前無(wú)人機(jī)距離障礙物所在垂面的距離d，將d與偏離角度α的正切值相乘，進(jìn)而得到控制端控制該無(wú)人機(jī)的操控者控制該無(wú)人機(jī)行駛至障礙物所在垂面的偏差值e，即，

21、以交點(diǎn)a為圓心，以矩形的中心點(diǎn)與交點(diǎn)a的距離偏差值e為半徑，計(jì)算矩形所圍圖形的整體與障礙物所在垂面中的障礙物是否有重合部分，若有重合部分，則判斷該無(wú)人機(jī)需要進(jìn)行避障。

22、本發(fā)明避障行為判斷模塊當(dāng)前無(wú)人機(jī)前進(jìn)方向所在的直線與障礙物所在垂面的交點(diǎn)a、無(wú)人機(jī)的尺寸、該操控者操控?zé)o人機(jī)時(shí)的偏離角度α、當(dāng)前無(wú)人機(jī)距離障礙物所在垂面的距離d等因素進(jìn)行綜合考慮，計(jì)算該操控者操控?zé)o人機(jī)時(shí)的偏離角度α是為了防止因操控者的個(gè)人習(xí)慣導(dǎo)致的行駛偏差，考慮該因素，能夠使得避障行為判斷模塊對(duì)該無(wú)人機(jī)在當(dāng)前情況下是否需要進(jìn)行避障行為的判斷結(jié)果更加精確。

23、進(jìn)一步的，所述避障方案分析模塊根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)到達(dá)障礙物時(shí)與障礙物各邊緣的距離qn、當(dāng)前無(wú)人機(jī)距離障礙物所在垂面的距離d及該操控者操控?zé)o人機(jī)時(shí)的偏離角度α，

24、用無(wú)人機(jī)當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)到達(dá)障礙物時(shí)與障礙物各邊緣的距離qn除以當(dāng)前無(wú)人機(jī)距離障礙物所在垂面的距離d，得到控制端操控者在進(jìn)行避障時(shí)需要規(guī)避的角度β的正切值，進(jìn)而得到控制端操控者在進(jìn)行避障時(shí)需要規(guī)避的角度β，即，

25、控制端操控者在操控?zé)o人機(jī)飛行時(shí)存在偏離角度α，

26、當(dāng)α與β方向相同時(shí)，則實(shí)際調(diào)整的角度為β+α，

27、當(dāng)α與β方向相反時(shí)，則實(shí)際調(diào)整的角度為β-α，

28、在無(wú)人機(jī)設(shè)置的調(diào)整角度小于β的情況下，無(wú)人機(jī)無(wú)法正常躲避障礙物，進(jìn)而在避障時(shí)，為確保無(wú)人機(jī)的實(shí)際調(diào)整角度大于等于β，無(wú)人機(jī)設(shè)置的調(diào)整角度需大于等于β+α，

29、在各個(gè)方向?qū)?yīng)的避障方案中，統(tǒng)計(jì)無(wú)人機(jī)在該方向做出調(diào)整角度為β+α?xí)r的動(dòng)作，將該動(dòng)作與對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，得到該動(dòng)作的難度系數(shù)fn及完成該動(dòng)作需要的時(shí)間tn，所述n為障礙物的各個(gè)方向，包括上方、下方、左方、右方、左上方、左下方、右上方、右下方這八個(gè)方位。

30、本發(fā)明避障方案分析模塊對(duì)該操控者操控?zé)o人機(jī)時(shí)的偏離角度α和控制端操控者在進(jìn)行避障時(shí)需要規(guī)避的角度β著兩個(gè)角度進(jìn)行綜合分析，一個(gè)是從操控者的個(gè)人習(xí)慣方面考慮，一個(gè)是從計(jì)算的理論值方面進(jìn)行考慮，使得這兩方面因素對(duì)實(shí)際的調(diào)整結(jié)果進(jìn)行影響，根據(jù)計(jì)算的兩種極值情況，可以得到實(shí)際調(diào)整的角度范圍為β-α~β+α，因此，為確保無(wú)人機(jī)的實(shí)際調(diào)整角度大于等于β，在控制端操控者操控?zé)o人機(jī)飛行存在偏離角度α?xí)r，無(wú)人機(jī)設(shè)置的調(diào)整角度需大于等于β+α。

31、進(jìn)一步的，所述避障路徑推薦模塊包括：操控者行為習(xí)慣分析模塊和避障方案推薦確認(rèn)模塊，

32、所述操控者行為習(xí)慣分析模塊，用于對(duì)控制端操控者日常操控?zé)o人機(jī)時(shí)的行為習(xí)慣及操作時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行分析；

33、所述避障方案推薦確認(rèn)模塊，根據(jù)操控者行為習(xí)慣分析模塊得到的結(jié)果對(duì)巴中避障方案進(jìn)行篩選，進(jìn)而得到最佳避障方案。

34、本發(fā)明避障路徑推薦模塊包括操控者行為習(xí)慣分析模塊和避障方案推薦確認(rèn)模塊，操控者行為習(xí)慣分析模塊主要是用于對(duì)該無(wú)人機(jī)對(duì)應(yīng)的控制端操控者的日常行為數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，然后避障方案推薦確認(rèn)模塊根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果對(duì)避障方案進(jìn)行篩選。

35、進(jìn)一步的，所述操控者行為習(xí)慣分析模塊對(duì)控制端操控者日常操控?zé)o人機(jī)時(shí)完成的各個(gè)動(dòng)作的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算該操控者在做每一種動(dòng)作前的平均心率w，

36、將難度系數(shù)按從大到小的順序?qū)Ω鱾€(gè)動(dòng)作進(jìn)行排序，從難度系數(shù)最大的開(kāi)始，對(duì)該難度系數(shù)對(duì)應(yīng)動(dòng)作完成的次數(shù)進(jìn)行判斷，

37、當(dāng)該難度系數(shù)對(duì)應(yīng)動(dòng)作完成的次數(shù)大于等于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則判定該操控者操作系數(shù)為該難度系數(shù)；

38、當(dāng)該難度系數(shù)對(duì)應(yīng)動(dòng)作完成的次數(shù)小于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則按順序?qū)⑾乱慌琶麆?dòng)作的次數(shù)與第一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，直至得到該操控者操作系數(shù)。

39、本發(fā)明操控者行為習(xí)慣分析模塊從控制端操控者日常操控?zé)o人機(jī)時(shí)完成的各個(gè)動(dòng)作的次數(shù)及該操控者在做每一種動(dòng)作前的平均心率w這兩個(gè)角度進(jìn)行分析，將難度系數(shù)對(duì)應(yīng)動(dòng)作完成的次數(shù)與第一預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，進(jìn)而可以得到該操控者操作系數(shù)，該操控者操作系數(shù)能夠較為直接的反應(yīng)出操控者的技術(shù)，技術(shù)越好，對(duì)應(yīng)的該操控者操作系數(shù)，因此其可以用于對(duì)避障方案進(jìn)行篩選。

40、進(jìn)一步的，所述避障方案推薦確認(rèn)模塊對(duì)八種避障方案進(jìn)行篩選，分別獲取八種避障方案中對(duì)應(yīng)動(dòng)作的難度系數(shù)fn及完成該動(dòng)作需要的時(shí)間tn，

41、將控制端操控者對(duì)應(yīng)的操作系數(shù)與難度系數(shù)fn進(jìn)行比較，

42、當(dāng)操作系數(shù)大于等于fn時(shí)，則判定對(duì)該控制端操控者而言，該fn對(duì)應(yīng)的避障方案是可實(shí)施的，

43、當(dāng)操作系數(shù)小于fn時(shí)，則判定對(duì)該控制端操控者而言，該fn對(duì)應(yīng)的避障方案是不可實(shí)施的，將該避障方案進(jìn)行剔除；

44、統(tǒng)計(jì)可實(shí)施的避障方案，進(jìn)一步選取所有可實(shí)施的避障方案中完成對(duì)應(yīng)動(dòng)作需要的最小時(shí)間，獲取對(duì)應(yīng)避障方案中相應(yīng)動(dòng)作的難度系數(shù)f1，

45、當(dāng)tn與的差值大于等于第二預(yù)設(shè)值，則判定該tn對(duì)應(yīng)的避障方案不具有執(zhí)行價(jià)值，將該避障方案進(jìn)行剔除，

46、當(dāng)tn與的差值大于等于第三預(yù)設(shè)值且小于第二預(yù)設(shè)值，且該tn對(duì)應(yīng)的fn大于等于f1時(shí)，則判定該tn對(duì)應(yīng)的避障方案不具有執(zhí)行價(jià)值，將該避障方案進(jìn)行剔除，

47、反之，則避障方案具有執(zhí)行價(jià)值；

48、獲取該操控者此時(shí)的心率v及該操控者在日常中做具有執(zhí)行價(jià)值的各個(gè)避障方案中對(duì)應(yīng)的動(dòng)作前的平均心率wn，

49、當(dāng)wn與v的差值存在大于等于第四預(yù)設(shè)值時(shí)，則對(duì)滿足條件的避障方案進(jìn)行提取，

50、當(dāng)wn與v的差值均小于第四預(yù)設(shè)值時(shí)，則直接提取所有具有執(zhí)行價(jià)值的避障方案；

51、比較控制端該操控者日常操控?zé)o人機(jī)時(shí)完成提取的避障方案中對(duì)應(yīng)動(dòng)作的次數(shù)，將次數(shù)最多的動(dòng)作對(duì)應(yīng)的避障方案作為無(wú)人機(jī)控制端該操控者最適合當(dāng)前環(huán)境下執(zhí)行的避障方案，即最佳避障方案。

52、本發(fā)明避障方案推薦確認(rèn)模塊先將控制端操控者對(duì)應(yīng)的操作系數(shù)與難度系數(shù)fn進(jìn)行比較，即判斷該操控者的能力對(duì)各個(gè)避障方案的可實(shí)施實(shí)行，對(duì)于超出能力范圍對(duì)應(yīng)的避障方案，將其判定為不可實(shí)施方案，并將其進(jìn)行剔除；然后選取所有可實(shí)施的避障方案中完成對(duì)應(yīng)動(dòng)作需要的最小時(shí)間，獲取對(duì)應(yīng)避障方案中相應(yīng)動(dòng)作的難度系數(shù)f1，通過(guò)判斷tn與的差值大小及f1的大小，若tn與的差值大于等于第二預(yù)設(shè)值，則說(shuō)明tn對(duì)應(yīng)避障方案比對(duì)應(yīng)避障方案時(shí)間差距過(guò)大，較為浪費(fèi)時(shí)間，不具有執(zhí)行性，若tn與的差值大于等于第三預(yù)設(shè)值且小于第二預(yù)設(shè)值，且該tn對(duì)應(yīng)的fn大于等于f1，則tn對(duì)應(yīng)避障方案比對(duì)應(yīng)避障方案時(shí)間不但花費(fèi)的時(shí)間多，而且對(duì)應(yīng)動(dòng)作的難度系數(shù)更高，因此也不具有執(zhí)行價(jià)值；最后，則是將該操控者此時(shí)的心率v與該操控者在日常中做具有執(zhí)行價(jià)值的各個(gè)避障方案中對(duì)應(yīng)的動(dòng)作前的平均心率wn進(jìn)行比較，因?yàn)樾穆誓軌蚍答伋鲆粋€(gè)人的緊張程度，心率越高，人越緊張，進(jìn)而選取wn與v的差值大于等于第三預(yù)設(shè)值對(duì)應(yīng)的方案是為了防止該操控者過(guò)于緊張，導(dǎo)致在執(zhí)行含有難度系數(shù)高的避障方案時(shí)出現(xiàn)失誤，進(jìn)而導(dǎo)致避障失敗。

53、進(jìn)一步的，所述避障路徑推薦模塊會(huì)將每次避障的情況與無(wú)人機(jī)控制端操控者的執(zhí)行結(jié)果分別記錄下來(lái)，將其作為相應(yīng)操控者的一個(gè)研究數(shù)據(jù)，當(dāng)下次出現(xiàn)相同情況，在給該操控者推薦避障路徑時(shí)，將其作為一個(gè)備選避障方案。

54、本發(fā)明中備選避障方案只是一個(gè)參考方案，不參與正常避障方案的篩選。

55、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：本發(fā)明不僅能夠從多因素綜合考慮，判斷無(wú)人機(jī)是否需要對(duì)前行路線上的障礙物進(jìn)行躲避，還能夠根據(jù)控制端操控者日常行為習(xí)慣的不同對(duì)避障方案進(jìn)行篩選，選取最佳避障方案。