基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术属于机载飞行避障技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统，其中基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法包括：对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断；无故障时进行障碍物的数据采集；对障碍物的数据进行处理；以及根据处理后的障碍物数据进行避障预警，实现了基于激光雷达具备指向性好、探测分辨率高以及快速成像特点，结合基于深度学习网络的目标识别算法，能够实现对远距离障碍物感知以及近空范围内架空电力线等微小物体的精确感知与快速成像，进而为安全飞行管道生成、局部航迹规划提供数据参考，辅助飞行员进行航路规划，可极大保障低空/超低空飞行安全。低空飞行安全。低空飞行安全。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于机载飞行避障
，具体涉及一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]为面向复杂的军民用多场景使用需求，实现直升机平台全天时、全天候避障飞行，提升其在雨天、雾天等低能见度气象条件以及黑夜等降级视觉环境下的顽存性与飞行安全性，降低山体、孤立障碍物以及低空电力线等障碍物撞击风险、进而减少飞行员工作负荷，保障低空飞行安全，急需提升直升机多应用场景下对环境的高分辨率精准感知能力。
[0003]相比于传统基于视觉传感器或毫米波雷达的避障防撞系统，激光雷达具备三维成像与测距能力，探测精度更高，抗环境干扰能力更好，在微小物体及其轮廓识别精度方面表现更好，结合深度学习算法可以实现实时高鲁棒的目标识别与地形评估功能。
[0004]因此，基于上述技术问题需要设计一种新的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，包括：
[0007]对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断；
[0008]无故障时进行障碍物的数据采集；
[0009]对障碍物的数据进行处理；以及
[0010]根据处理后的障碍物数据进行避障预警。
[0011]进一步，所述对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断的方法包括：
[0012]接收上电指令，对飞行避障涉及的硬件模块进行上电自检，当任一模块上电自检不通过时判断故障，否则判断自检通过。
[0013]进一步，所述无故障时进行障碍物的数据采集的方法包括：
[0014]在自检通过后对障碍物进行激光点云采集；
[0015]根据导航数据对障碍物的点云数据进行坐标转换；
[0016]根据伺服控制指令调整激光点云采集方向。
[0017]进一步，所述对障碍物的数据进行处理的方法包括：
[0018]对障碍物的点云数据进行预处理，即对障碍物的点云数据进行栅格化、降采样、地物分离以及点云匹配校准；
[0019]根据预处理的障碍物的点云数据获取障碍物的属性、外形信息和位姿信息，并且获取同完成点云语义分割后的结果级点云数据，即
[0020]将激光雷达采集的原始点云数据与机载导航数据进行精确时间同步，对点云数据
进行地面点分离，分离后的地面数据送入地面目标识别部分，分离后的非地面数据送入高压线识别部分；
[0021]通过高压线识别部分，根据相邻帧的非地面数据进行数据融合，识别高压线；
[0022]地面目标识别部分，根据点云数据在飞机前进方向以及前进方向的垂直方向的梯度变化情况，将属于地面目标的点云提取，使用基于区域增长的方法将这些孤立点云进行关联、联通，获得属于地面目标的点云，然后对每组点云计算其外接多边形和高度值，进而使用这些信息对地面目标类别进行分类，并对目标参数进行多帧平滑，抑制局部遮挡；
[0023]对相邻帧点云进行匹配和对准，基于各帧所对应的导航信息进行点云拼接，形成局部空域点云图，基于支线检测方法对高压线点云进行回归拟合，检测并识别线缆端点，并对线段进行过渡处理，进而拟合出高压线的实际走向。
[0024]进一步，所述根据处理后的障碍物数据进行避障预警的方法包括：
[0025]根据结果级点云数据和判断规则生成告警信息进行避障预警，以及
[0026]根据结果级点云数据进行点云可视化及渲染；
[0027]所述判断规则包括：根据当前的飞行速度矢量对未来飞行轨迹进行预测，生成近空飞行通道，并根据飞行员反应时间、飞机机动时间、当前的飞行速度与飞行加速度以及当前的风向、风速生成安全飞行距离，安全距离范围内的目标认定为威胁目标。
[0028]第二方面，本专利技术还提供一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助装置，包括：
[0029]激光雷达传感器、转塔伺服机构、信号处理模块和接口控制模块；
[0030]所述激光雷达传感器适于发射激光进行点云数据的采集，并且所述激光雷达传感器适于根据机载惯导的导航数据对点云数据进行坐标转换；
[0031]所述接口控制模块适于根据伺服控制指令控制转塔伺服机构调整姿态，并将调整后的位姿发送至所述信号处理模块；
[0032]所述信号处理模块适于根据点云数据和调整后的位姿获取结果级点云数据；
[0033]所述接口控制模块适于根据结果级点云数据生成告警信息进行避障预警。
[0034]进一步，所述机载飞行避障辅助装置还包括：电源模块；
[0035]所述电源模块适于向各模块供电，以使各模块进行上电自检。
[0036]第三方面，本专利技术还提供一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助系统，包括：
[0037]机载飞行避障辅助装置和载机；
[0038]所述载机适于发送伺服控制指令和导航数据至所述机载飞行避障辅助装置；
[0039]所述机载飞行避障辅助装置适于根据伺服控制指令和导航数据生成告警信息并反馈至所述载机。
[0040]本专利技术的有益效果是，本专利技术通过对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断；无故障时进行障碍物的数据采集；对障碍物的数据进行处理；以及根据处理后的障碍物数据进行避障预警，实现了基于激光雷达具备指向性好、探测分辨率高以及快速成像特点，结合基于深度学习网络的目标识别算法，能够实现对远距离障碍物感知以及近空范围内架空电力线等微小物体的精确感知与快速成像，进而为安全飞行管道生成、局部航迹规划提供数据参考，辅助飞行员进行航路规划，可极大保障低空/超低空飞行安全。
[0041]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书以及附图中
所特别指出的结构来实现和获得。
[0042]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]图1是本专利技术所涉及的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法的流程图；
[0045]图2是本专利技术所涉及的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法的具体流程图；
[0046]图3是本专利技术所涉及的基于激光雷达的机载飞行避障辅助装置的原理框图；
[0047]图4是本专利技术所涉及的基于激光雷达的机载飞行避障辅助系统的原理框图。
具体实施方式
[0048]为使本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，包括：对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断；无故障时进行障碍物的数据采集；对障碍物的数据进行处理；以及根据处理后的障碍物数据进行避障预警。2.如权利要求1所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，所述对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断的方法包括：接收上电指令，对飞行避障涉及的硬件模块进行上电自检，当任一模块上电自检不通过时判断故障，否则判断自检通过。3.如权利要求2所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，所述无故障时进行障碍物的数据采集的方法包括：在自检通过后对障碍物进行激光点云采集；根据导航数据对障碍物的点云数据进行坐标转换；根据伺服控制指令调整激光点云采集方向。4.如权利要求3所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，所述对障碍物的数据进行处理的方法包括：对障碍物的点云数据进行预处理，即对障碍物的点云数据进行栅格化、降采样、地物分离以及点云匹配校准；根据预处理的障碍物的点云数据获取障碍物的属性、外形信息和位姿信息，并且获取同完成点云语义分割后的结果级点云数据，即将激光雷达采集的原始点云数据与机载导航数据进行精确时间同步，对点云数据进行地面点分离，分离后的地面数据送入地面目标识别部分，分离后的非地面数据送入高压线识别部分；通过高压线识别部分，根据相邻帧的非地面数据进行数据融合，识别高压线；地面目标识别部分，根据点云数据在飞机前进方向以及前进方向的垂直方向的梯度变化情况，将属于地面目标的点云提取，使用基于区域增长的方法将这些孤立点云进行关联、联通，获得属于地面目标的点云，然后对每组点云计算其外接多边形和高度值，进而使用这些信息对地面目标类别进行分类，并对目标参数进行多帧平滑，抑制局部遮挡；对相邻帧点云进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，王洋，沈辉，徐汇晴，宋炜，李当一，
申请(专利权)人：中航空管系统装备有限公司，
类型：发明
国别省市：