[发明专利]基于激光雷达的微型无人机操控方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体为基于激光雷达的微型无人机操控方法及系统。

背景技术

IMU:Inertialmeasurementunit，惯性测量单元。

近年来，随着无人机产品的广泛推广，无人机的导航技术有了较大的发展，伴随着电子学和远程通信的进步，实现了远距离无线导航系统，例如相控阵雷达和GPS等技术，但大部分导航技术只适用于室外空旷的场地，无法适用于低空复杂环境，特别是室内未知环境的导航。虽然目前行业内已有类似的室内或低空复杂环境下的导航技术，例如基于视觉信息的地标识别与导航技术，其适用环境有限，对环境的光线有很高要求，并且视觉算法复杂，硬件消耗大，实时性与精确性对软硬件具有较高的要求；基于声纳传感器的导航技术，由于测量误差较大，获取的环境信息量较小，也无法在复杂的室内环境中应用，若采用多个声纳传感器阵列的方式以获得较多的环境信息量时，由于声纳传感器的以散射角发射的扇形区域，室内环境较拥挤时可能产生串扰，导致距离测量信息不准确；基于光流传感器的姿态估计及运动恢复算法虽然能够较好地适用于陌生环境的自主导航，但视觉信息解算速度和光流可靠程度仍待提高。因此，低空复杂环境的自主导航一直是微型无人机大范围应用的瓶颈。

目前行业内现有的低空复杂环境导航技术，对环境要求较高，抗干扰能力和可靠程度低，并且算法复杂，硬件消耗巨大，实时性与精确性对软硬件具有较高的要求。因此，有必要进行改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于激光雷达的微型无人机操控方法，还提供一种基于激光雷达的微型无人机操控系统。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于激光雷达的微型无人机操控方法，包括以下步骤：

采集实时激光测距信息；

根据所述激光测距信息进行无人机位姿求解、同步定位与地图构建以及动态航线规划，以生成电机驱动信号，进而控制无人机飞行。作为该技术方案的改进，所述无人机位姿求解根据惯性测量单元以及采集的信息，利用人工图标进行位姿解算；利用ICP算法进行姿态的增加值的计算；对得到的位姿信息与惯性测量单元得到的位姿信息分别进行误差分析；根据误差分析结果进行信息融合，得到准确的位姿信息。

进一步地，所述位姿解算采用奇异值分解法进行求解。

进一步地，所述同步定位与地图构建，其包括：将随机目标构建到地图中，并预测随机目标物体的轨迹；在动态环境中进行路径规划，避免无人机与随机目标物体碰撞并耗时最短的到达目的地；构建包含静态特征点和动态随机目标轨迹的地图。

进一步地，通过迭代执行运动学预测算法和测量更新算法,同步定位无人机并创建环境特征地图。

进一步地，所述同步定位与地图构建，其包括：

采集数据信息，并进行滤波处理去除噪音；

对所得信息进行区域分割和特征提取，采取直线特征来表示地图。

进一步地，动态航线规划利用位姿求解和同步定位与地图构建算法计算出无人机的当前位置坐标、目标位置坐标，以及无人机的待飞距Δx、侧偏距Δy，并将其转化为姿态控制回路的俯仰角θ_cmd和滚转角θγ_cmd。

进一步地，所述待飞距Δx求解公式为：