[发明专利]小型旋翼无人机自主避障飞行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微小型旋翼无人机自主飞行控制领域，尤其涉及一种小型旋翼无人机自主避障飞行控制方法。

背景技术

近年来随着中国低空空域开放步伐的加快，极大的促进了我国通用航空的发展，其中旋翼无人机由于具有其独特的飞行特性，更是成为国内外大学和研究机构关注的焦点。近十几年来，旋翼无人机已被广泛于边境巡逻，森林火灾监测，航拍摄像，环境监测，电力线巡检，军事侦察等领域。无人旋翼直升机克服了有人驾驶飞机的不足，并且对起降条件要求简单，具有定点悬停等飞行特性，极大的降低了使用者的购买与维护成本，提高了运载工具的实用性和安全性。

对于旋翼无人机而言，其飞行环境一般是在1000米以下的低空空域，这样在无人机进行空中作业时，就必然面临着高压输电线、树木、建筑物、山脉等有形的环境信息的威胁，以及像禁飞区等人为约束的限制。由此可见，在飞行过程中能够对各种威胁的障碍物进行及时的规避，这对在低空空域环境中飞行的无人机来说是至关重要的。为了保证无人机的安全飞行，自动避障控制系统是未来无人机不可或缺的重要组成部分，特别针对于运用于实际飞行作业环境中的无人机而言，自动避障控制系统将具有非常重要的实际意义。

然而，无人机的自动避障控制系统是无人机控制领域是一个难题，目前的大部分的研究工作都仅限于理论仿真层面，特别是针对于小型旋翼无人机的自动避障控制系统来说，目前国内在这方面的研究还是非常有限，其有效性和实用性更是有待验证。所以对于小型旋翼无人机的自动避障控制系统是目前急需解决的重点和难点。以下是目前国内在这一方面研究所取得的一些成果。

专利201310036371.8《一种无人机避障控制方法》中将无人机避障控制系统分成了无人机子系统和地面站子系统，并且在地面站子系统嵌入式监控计算机内置电子地图，确定障碍物的地理位置，建立虚拟的障碍物多边形。此方法简单，易于操作，可有效降低无人机碰撞障碍物的概率，大大提高无人机飞行的安全性。但是对于障碍物只能抽象为二维平面上的多边形，这个对于复杂的真实三维飞行环境来说是被大大简化了，因而实用性和复杂环境的适应性都还有待提高。

专利201310036235.1《用于电力巡线的无人机多重避障控制方法》将无人机的避障控制分成两层，在第一层避障控制中对无人机的作业区域进行规划，建立无人机作业的安全约束环境，在第二层避障控制中采用多传感器信息融合方法，有效的提供了无人机对障碍物信息的感知精度和可靠性。这样做的弊端在于，在进行多传感器信息融合时，确实对周围环境探测的精度和可靠性有很大提高，但是无形也增加了系统复杂度和无人机子系统的自身负载。这对于无人机自主避障的实时性和无人机的负载能力提出了更高的要求。

专利201210514548.9《一种适用于山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及其工作流程》公开了一种山区电网巡检的专用无人直升机避障系统及工作流程，该系统采用了机载的毫米波雷达测距传感器和避障分析模块，这周围的环境进行探测，分析做出决策后再将相应的控制指令传递给飞控系统，避障的策略是通过预订的几种特定的情况设定的，虽然能够满足在特定环境下的需求，但是其在通用性、设备成本和系统自身负载方面都还有待提高。

专利201110031250.8《一种自动规避障碍物的飞行装置与方法》提供了一种自动规避障碍物的装置，通过超声波传感器定位障碍物的距离，可以有效降低人工在操作玩具飞行器时的碰撞风险，消除实际飞行中的安全隐患。该系统简单容易操作，但是由于超声波传感器的探测距离和精度的限制，此装置仅限于在玩具飞行器上的运用，很难在实际飞行作业中得到运用。

综上所述，就目前在旋翼无人机自主避障控制方面的技术虽然取得了一些成果，但是在兼顾通用性，实用性，经济性方面还不是很理想，顾此失彼，在此领域尚有很多的问题需要解决。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种小型旋翼无人机自主避障飞行控制系统及控制方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：