本申請(qǐng)涉及無(wú)人飛行器相關(guān)，具體涉及基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的飛速發(fā)展，無(wú)人飛行器(uav)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，從軍事偵察、邊境巡邏到民用航拍、物流配送，其身影無(wú)處不在，然而，無(wú)人飛行器的自主飛行和航跡跟蹤能力一直是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一，特別是在復(fù)雜多變的環(huán)境中，如何確保無(wú)人飛行器能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地按照預(yù)設(shè)航跡飛行，成為重中之重，傳統(tǒng)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤依賴于導(dǎo)航系統(tǒng)和地面控制站，需要配備高精度的gps或其他導(dǎo)航設(shè)備來(lái)定位自身位置，并通過(guò)無(wú)線電或其他通信手段與地面控制站保持聯(lián)系，接收飛行指令和航跡數(shù)據(jù)，在信號(hào)受到干擾或中斷時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)人飛行器失去航跡跟蹤能力，并且傳統(tǒng)的航跡跟蹤缺乏對(duì)環(huán)境因素的實(shí)時(shí)感知能力，無(wú)法及時(shí)獲取和處理環(huán)境信息，缺乏對(duì)飛行過(guò)程中的實(shí)時(shí)調(diào)整和優(yōu)化能力，導(dǎo)致無(wú)人飛行器在偏離航跡后難以快速恢復(fù)，使得無(wú)人飛行器在面對(duì)突發(fā)情況時(shí)難以做出及時(shí)的響應(yīng)。

2、因此，現(xiàn)階段無(wú)人飛行器航跡跟蹤相關(guān)技術(shù)中，存在難以準(zhǔn)確感知復(fù)雜環(huán)境，無(wú)法實(shí)時(shí)規(guī)劃最優(yōu)飛行路徑，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確跟蹤飛行航跡的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)通過(guò)提供基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，采用構(gòu)建三維仿真模型、參數(shù)化模擬等技術(shù)手段，解決了現(xiàn)有無(wú)人飛行器航跡跟蹤存在的難以準(zhǔn)確感知復(fù)雜環(huán)境，無(wú)法實(shí)時(shí)規(guī)劃最優(yōu)飛行路徑，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確跟蹤飛行航跡的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到了提高飛行的安全性及增強(qiáng)飛行自主性的技術(shù)效果。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┗诟兄走_(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，所述方法包括：利用感知雷達(dá)監(jiān)測(cè)目標(biāo)無(wú)人飛行器的飛行環(huán)境，采集獲取飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集，其中，所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集包括動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集和靜態(tài)數(shù)據(jù)集；對(duì)所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行點(diǎn)云處理，構(gòu)建三維環(huán)境模型，獲得三維環(huán)境地圖；獲取預(yù)設(shè)無(wú)人飛行器航跡，基于所述三維環(huán)境地圖，進(jìn)行路徑規(guī)劃，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第一飛行路徑；基于感知雷達(dá)監(jiān)測(cè)所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的位置和航向，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的實(shí)際飛行路徑，與所述第一飛行路徑進(jìn)行比較，檢測(cè)是否存在偏差；當(dāng)檢測(cè)到所述無(wú)人飛行器的所述實(shí)際飛行路徑與所述第一飛行路徑之間存在偏差，通過(guò)飛行控制系統(tǒng)調(diào)整更新所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的飛行參數(shù)，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第二飛行路徑；將所述第二飛行路徑映射在所述三維環(huán)境地圖，獲得所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的實(shí)際航跡。

3、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述獲取飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集，執(zhí)行以下處理：基于安裝在所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的感知雷達(dá)，進(jìn)行360度掃描，采集全方位環(huán)境數(shù)據(jù)；其中，所述全方位環(huán)境數(shù)據(jù)包括多類(lèi)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和多類(lèi)靜態(tài)數(shù)據(jù)，分別構(gòu)成動(dòng)態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集和靜態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集；所述動(dòng)態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集和靜態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集組合構(gòu)成所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集。

4、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行點(diǎn)云處理，執(zhí)行以下處理：根據(jù)所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集，進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，獲得多個(gè)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和多個(gè)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；將所述多個(gè)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和多個(gè)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；基于點(diǎn)云注冊(cè)實(shí)現(xiàn)所述多個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊，基于對(duì)齊結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)云降噪和過(guò)濾，獲得多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

5、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建三維環(huán)境模型，獲得三維環(huán)境地圖，還執(zhí)行以下處理：對(duì)所述多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，基于融合處理結(jié)果進(jìn)行表面重構(gòu)，生成三維環(huán)境模型；從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵特征，根據(jù)所述關(guān)鍵特征進(jìn)行環(huán)境分割，獲得多個(gè)分割區(qū)域；根據(jù)所述多個(gè)分割區(qū)域，基于紋理映射構(gòu)建獲取三維環(huán)境地圖。

6、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，基于所述三維環(huán)境地圖，進(jìn)行路徑規(guī)劃，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第一飛行路徑，還執(zhí)行以下處理：根據(jù)預(yù)設(shè)無(wú)人飛行器航跡，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的預(yù)定起點(diǎn)和目標(biāo)位置；對(duì)所述三維環(huán)境地圖進(jìn)行加載識(shí)別，提取多個(gè)動(dòng)態(tài)障礙物和靜態(tài)障礙物；基于所述預(yù)定起點(diǎn)和目標(biāo)位置，根據(jù)所述多個(gè)動(dòng)態(tài)障礙物和靜態(tài)障礙物，生成所述第一飛行路徑。

7、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生成所述第一飛行路徑，還執(zhí)行以下處理：基于rrt算法，根據(jù)所述預(yù)定起點(diǎn)和目標(biāo)位置，生成多條飛行路徑；基于所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的性能限制和飛行約束，對(duì)所述多條飛行路徑進(jìn)行尋優(yōu)，獲取所述第一飛行路徑；其中，所述性能限制包括預(yù)設(shè)安全飛行速度、預(yù)設(shè)爬升率和預(yù)設(shè)下降率，所述飛行約束包括禁飛區(qū)和空域限制。

8、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第二飛行路徑，還執(zhí)行以下處理：基于所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得實(shí)時(shí)飛行軌跡，其中，所述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括所述位置和航向；計(jì)算所述實(shí)時(shí)飛行軌跡和所述第一飛行軌跡的距離偏差和角度偏差；根據(jù)所述距離偏差和角度偏差，結(jié)合所述目標(biāo)無(wú)人飛行器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，生成所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的調(diào)整方案；將所述調(diào)整方案輸入所述飛行控制系統(tǒng)，更新所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的飛行參數(shù)；基于更新后的飛行參數(shù)、所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的位置，計(jì)算獲取所述第二飛行路徑。

9、在可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，還執(zhí)行以下處理：所述三維環(huán)境地圖和所述飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)多無(wú)人飛行器協(xié)同作業(yè)；所述飛行控制系統(tǒng)還包括故障檢測(cè)和恢復(fù)機(jī)制；當(dāng)無(wú)人飛行器發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換至安全模式，并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，包括進(jìn)行自主修復(fù)和返回預(yù)設(shè)降落點(diǎn)。

10、擬通過(guò)本申請(qǐng)?zhí)岢龅幕诟兄走_(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，利用感知雷達(dá)監(jiān)測(cè)目標(biāo)無(wú)人飛行器的飛行環(huán)境，采集獲取飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集，其中，所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集包括動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集和靜態(tài)數(shù)據(jù)集；對(duì)所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行點(diǎn)云處理，構(gòu)建三維環(huán)境模型，獲得三維環(huán)境地圖；獲取預(yù)設(shè)無(wú)人飛行器航跡，基于所述三維環(huán)境地圖，進(jìn)行路徑規(guī)劃，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第一飛行路徑；基于感知雷達(dá)監(jiān)測(cè)所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的位置和航向，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的實(shí)際飛行路徑，與所述第一飛行路徑進(jìn)行比較，檢測(cè)是否存在偏差；當(dāng)檢測(cè)到所述無(wú)人飛行器的所述實(shí)際飛行路徑與所述第一飛行路徑之間存在偏差，通過(guò)飛行控制系統(tǒng)調(diào)整更新所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的飛行參數(shù)，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第二飛行路徑；將所述第二飛行路徑映射在所述三維環(huán)境地圖，獲得所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的實(shí)際航跡，解決了現(xiàn)有無(wú)人飛行器航跡跟蹤存在的難以準(zhǔn)確感知復(fù)雜環(huán)境，無(wú)法實(shí)時(shí)規(guī)劃最優(yōu)飛行路徑，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確跟蹤飛行航跡的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到了提高飛行的安全性及增強(qiáng)飛行自主性的技術(shù)效果。

技術(shù)特征：

1.基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，所述獲取飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集，所述方法包括：

3.如權(quán)利要求2所述的基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，對(duì)所述飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集進(jìn)行點(diǎn)云處理，所述方法包括：

4.如權(quán)利要求3所述的基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，所述構(gòu)建三維環(huán)境模型，獲得三維環(huán)境地圖，所述方法包括：

5.如權(quán)利要求1所述的基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，基于所述三維環(huán)境地圖，進(jìn)行路徑規(guī)劃，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第一飛行路徑，所述方法包括：

6.如權(quán)利要求5所述的基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，所述生成所述第一飛行路徑，所述方法包括：

7.如權(quán)利要求6所述的基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，獲取所述目標(biāo)無(wú)人飛行器的第二飛行路徑，所述方法包括：

8.如權(quán)利要求7所述的基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，其特征在于，所述方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了基于感知雷達(dá)的無(wú)人飛行器航跡跟蹤方法，涉及無(wú)人飛行器相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：利用感知雷達(dá)監(jiān)測(cè)目標(biāo)無(wú)人飛行器的飛行環(huán)境，采集獲取飛行器運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)集；進(jìn)行點(diǎn)云處理，構(gòu)建三維環(huán)境模型，獲得三維環(huán)境地圖；獲取目標(biāo)無(wú)人飛行器的第一飛行路徑；基于目標(biāo)無(wú)人飛行器的位置和航向，獲取實(shí)際飛行路徑，與第一飛行路徑進(jìn)行比較；獲取目標(biāo)無(wú)人飛行器的第二飛行路徑；將第二飛行路徑映射在三維環(huán)境地圖，獲得目標(biāo)無(wú)人飛行器的實(shí)際航跡。解決了現(xiàn)有無(wú)人飛行器航跡跟蹤存在的難以準(zhǔn)確感知復(fù)雜環(huán)境，無(wú)法實(shí)時(shí)規(guī)劃最優(yōu)飛行路徑，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確跟蹤飛行航跡的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到了提高飛行的安全性及增強(qiáng)飛行自主性的技術(shù)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：閆軍,項(xiàng)炎平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：智慧互通科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21