[发明专利]基于图像处理与雷达的无人机自主导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于无人机导航的技术领域，特别是一种基于图像处理与雷达的无人机自主导航系统及方法。

背景技术

如今无人机的使用率日益增高，但由于无人机平台的局限性，无法自身判断航线及飞行路径，因此真正能实现自主导航飞行的技术很少。

目前解决无人机导航的方法有GPS导航，实现自主导航的方法有红外线扫描绘制地图法，室内视觉系统导航法，由于此些方法还在实验室研究中，并没有一个很好的解决方案应用于目前无人机领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全可靠、灵活应变，应用广泛的基于图像处理与雷达的无人机自主导航系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于图像处理与雷达的无人机自主导航系统，包括无人机平台和地面站系统，其中无人机平台设置有动力系统、无人机飞行控制器、通信模块，无人机飞行控制器接入动力系统，所述无人机平台还设置有GPS卫星定位模块、图像处理模块、雷达系统模块及混合控制模块，混合控制模块分别与GPS卫星定位模块、图像处理模块、雷达系统模块、无人机飞行控制器及通信模块相连接；

所述GPS卫星定位模块通过接收卫星信号，确定无人机当前所在经纬位置，为导航提供基本数据；所述图像处理模块包括高速摄像机、云台单元及图像处理单元；所述图像处理模块通过云台单元控制高速摄像机使其保持稳定，高速摄像机收集图像信息并输入图像处理单元，图像处理单元进行目标匹配跟踪来实现无人机跟踪飞行；所述雷达系统模块包括微波毫米波雷达单元、信号处理单元；所述雷达系统模块通过微波毫米波雷达单元来探测周围地形，并将探测信号输入信号处理单元进行目标搜索；所述混合控制模块包括无人机高速嵌入式处理单元；所述混合控制模块收集图像处理模块及雷达系统模块的信息，并通过GPS卫星定位模块得到位置信息，根据收到的信息综合处理决策飞行计划；并且混合控制模块能够执行不同飞行模式，包括低空飞行模式、高空飞行模式、悬停模式、跟踪模式。

进一步地，所述无人机飞行控制器包括超声波距离传感器、光流计传感器，所述超声波距离传感器、光流计传感器均设置于无人机平台的底部，且传感器的发射端或镜头垂直对准地面。

进一步地，所述图像处理模块与雷达系统模块均安装无人机平台的底部，且处在飞机的垂直重心线上，图像处理模块的高速摄像机与雷达系统模块的微波毫米波雷达单元均安装于雷达系统模块的云台单元。

进一步地，所述地面站系统包括控制系统、任务系统和监控系统，控制系统用于实时远程控制无人机；任务系统用于设置无人机自动任务，并实时自动处理调整飞机任务规划；监控系统用于查看无人机的实时数据。

一种基于图像处理与雷达的无人机自主导航方法，包括以下步骤：

步骤1，在无人机平台上装载GPS卫星定位模块、图像处理模块、雷达系统模块及混合控制模块，并使混合控制模块分别与GPS卫星定位模块、图像处理模块、雷达系统模块、无人机飞行控制器及通信模块相连接；

步骤2，通过地面站系统设置无人机任务，包括航点、执行动作，无人机起飞执行任务，同时混合控制模块根据无人机任务设定飞行模式；

步骤3，图像处理模块、雷达系统模块同时对目标环境进行检测，并根据检测到的结果，配合无人机平台的传感器组，通过混合控制模块实时控制无人机飞行姿态；

步骤4，根据无人机任务，无人机首先到达GPS定位区域，然后根据雷达系统模块的搜索结果锁定追踪目标，最后采用图像处理模块进一步识别目标，完成设定的执行动作。

进一步地，步骤2所述混合控制模块根据无人机任务设定飞行模式，飞行模式包括低空飞行模式、高空飞行模式、悬停模式、跟踪模式。

进一步地，步骤3所述图像处理模块、雷达系统模块同时对目标环境进行检测，具体为：图像处理模块通过云台单元控制高速摄像机使其保持稳定，高速摄像机收集图像信息并输入图像处理单元，图像处理单元进行目标匹配跟踪来实现无人机跟踪飞行；雷达系统模块通过微波毫米波雷达单元来探测周围地形，并将探测信号输入信号处理单元进行目标搜索。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)所述无人机根据不同任务要求，其自主控制系统执行不同模式的程序，采用最有效的方式完成任务；(2)能够自身判断航线及飞行路径，实现自主导航，可拓展性强，具有很好的自动化无人机自主导航效果；(3)具有安全可靠、灵活应变的特点，应用范围广泛。

附图说明

图1为本发明基于图像处理与雷达的无人机自主导航系统的架构示意图。