近些年,民用小型無人機(UAV)得到人們越來越多的關注和應用,無人機已經廣泛地應用在快遞、外賣、電力線巡檢等領域中。擁有自主避障功能的無人機更是在社會生產、科研、航拍作業中擁有廣泛的應用前景,它不僅可以讓無人機平穩的飛行,而且還可以讓無人機在完成各種複雜的飛行任務時有效的避開障礙物,減少無人機由於撞上障礙物而損壞以及帶來的次生危害。國內外相關領域的學者在無人機自主避障方面已經做了不少研究,一般的無人機避障方案都是依賴於現成的三維高程地圖、多目視覺傳感器或者其他多種傳感器的組合來實現;基於現有方案的避障系統一般都有體積大、功耗高、質量重以及價格昂貴的缺點。具有體積小、功耗低、質量輕、價格低優勢,並且適合安裝在小型無人機(例如多旋翼無人機)上使用的自主避障系統仍有待進一步的研究。毫米波雷達具有體積小、重量輕、測距距離遠的優點,但是毫米波雷達在測量障礙物的方位角度時精度低。單目視覺傳感器可以測量無人機飛行環境中的障礙物所處的方位角度,並且與多目視覺傳感器相比,單目視覺處理具有計算量小的優勢;但是單目視覺傳感器在測量障礙物的距離時精度很低。將毫米波雷達與單目視覺傳感器結合起來安裝在小型無人機上的方案,可以同時獲得高精度的障礙物距離和方位角度信息,實現了兩種傳感器的優勢互補;而且該方案所涉及的計算量小,一般的嵌入式微處理器就能勝任,適合在小型無人機上安裝使用。基於該無人機自主避障方案,本論文主要研究內容如下:1)總結了國內外無人機自主避障系統的研究與發展現狀,提出了將毫米波雷達與單目視覺傳感器相融合的無人機自主避障系統方案。2)介紹了毫米波雷達的組成結構和利用毫米波雷達測量障礙物距離的基本原理;研究了將數字圖像處理理論應用於單目視覺傳感器測量障礙物方位角度的方法;提出了把毫米波雷達的障礙物測距結果與單目視覺傳感器的障礙物測角結果相融合,進而實現障礙物三維立體定位的方法;介紹了將複雜的三維路徑規劃問題簡化爲二維路徑規劃問題的方法。3)基於信邁AM5728 DSP+ARM硬件平臺、毫米波雷達平臺以及大疆的Naza無人機平臺,開發了一套將毫米波雷達與單目視覺相融合的無人機自主避障演示系統;並利用該無人機自主避障演示系統做了避障飛行實驗,初步驗證了本論文提出的融合方案在無人機自主避障飛行中的可行性。
AM5728 DSP+ARM實物圖：
