[发明专利]一种用于低空航空器的自动避障装置和方法

权利要求书

1.一种用于低空航空器的自动避障装置，其特征在于，所述装置固定于航空器底部；该装置包括：激光雷达、摄像部件和控制器；

单线激光雷达，用于判断航空器前方是否存在障碍物，当存在障碍物时，获取障碍物的深度信息；

摄像部件，用于对小目标障碍物进行检测，获取小目标障碍物的图像信息；所述小目标障碍物指距航空器200米以外的障碍物；

控制器，用于根据激光雷达采集到深度信息与摄像部件采集到的图像信息，对障碍物进行检测、识别与分类，并根据检测得到的障碍物信息，实现航空器的自主避障；所述控制器包括特征提取单元和避障单元：

特征提取单元，利用前部卷积层提取激光雷达和摄像部件采集到的信息底层的细粒度特征，利用后部卷积层提取所述信息的语义特征，得到障碍物类型和距离信息；

避障单元，用于根据障碍物类型和距离信息，使航空器在吸引力和排斥力的共同作用下避开障碍物；当检测到障碍物位于航空器侧前方且为小型物体时，单次修正航空器偏转方向至靠近障碍物势能场切线方向，完成自主避障；其中，障碍物位于航空器侧前方指障碍物中心偏离航空器所在位置处的中心线以内；d_e＝(d_s+3d_a)/2，d_e为障碍物势能场半径，d_s为障碍物直径，d_a为航空器宽度；小型物体指最大直径小于航空器宽度的物体；

当检测到障碍物位于航空器正前方，或检测到的障碍物类型为大型物体时，根据障碍物势能场，周期性修正航空器偏转方向靠近障碍物势能场切线方向，直至偏离障碍物，完成自主避障；其中，障碍物位于正前方指偏离航空器所在位置处的中心线所述大型物体指最大直径大于航空器宽度的物体。

2.如权利要求1所述的一种用于低空航空器的自动避障装置，其特征在于，所述装置还包括：机壳和底座；

所述底座为四方体支架结构；所述机壳为空心四方体结构，且其内部设置有H型结构的安装框架；激光雷达固定在底座一端，机壳固定在底座上方。

3.如权利要求2所述的一种用于低空航空器的自动避障装置，其特征在于，所述装置还包括备用电源、稳压模块、存储模块和显示模块，分别通过所述安装框架固定在机壳内部。

4.一种用于航空器的自动避障方法，其特征在于，包括：

S1：判断航空器前方是否存在障碍物，当存在障碍物时，获取障碍物的深度信息；

S2：对小目标障碍物进行检测，获取小目标障碍物的图像信息；所述小目标障碍物指距航空器200米以外的障碍物；

S3：根据获取到的深度信息与图像信息，对障碍物进行检测、识别与分类，并根据检测得到的障碍物信息，实现航空器的自主避障；步骤S3具体包括：

S3.1对获取到的深度信息和图像信息进行底层的细粒度特征提取，并对上述信息进行语义特征提取；

S3.2根据提取到的细粒度特征和语义信息，对障碍物进行检测、识别与分类；

S3.3利用障碍物类型和距离信息，使人工势场中的航空器在吸引力和排斥力的共同作用下避开障碍物；当检测到障碍物位于航空器侧前方且为小型物体时，单次修正航空器偏转方向至靠近障碍物势能场切线方向，完成自主避障；其中，障碍物位于航空器侧前方指障碍物中心偏离航空器所在位置处的中心线以内；d_e＝(d_s+3d_a)/2，d_e为障碍物势能场半径，d_s为障碍物直径，d_a为航空器宽度；小型物体指最大直径小于航空器宽度的物体；

当检测到障碍物位于航空器正前方，或检测到的障碍物类型为大型物体时，根据障碍物势能场，周期性修正航空器偏转方向靠近障碍物势能场切线方向，直至偏离障碍物，完成自主避障；其中，障碍物位于正前方指偏离航空器所在位置处的中心线[-3°，3°]；所述大型物体指最大直径大于航空器宽度的物体。