基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113759947A(43)申请公布日2021.12.07(21)申请号202111060190.2(22)申请日2021.09.10(71)申请人中航空管系统装备有限公司地址200000上海市闵行区紫星路666号第二幢3楼(72)发明人李达王洋沈辉徐汇晴宋炜李当一(74)专利代理机构常州市权航专利代理有限公司32280代理人赵慧(51)Int.Cl.G05D1/08(2006.01)G05D1/10(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统(57)摘要本发明属于机载飞行避障技术领域，具体涉及一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法、装置及系统，其中基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法包括：对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断；无故障时进行障碍物的数据采集；对障碍物的数据进行处理；以及根据处理后的障碍物数据进行避障预警，实现了基于激光雷达具备指向性好、探测分辨率高以及快速成像特点，结合基于深度学习网络的目标识别算法，能够实现对远距离障碍物感知以及近空范围内架空电力线等微小物体的精确感知与快速成像，进而为安全飞行管道生成、局部航迹规划提供数据参考，辅助飞行员进行航路规划，可极大保障低空/超低空飞行安全。CN113759947ACN113759947A权利要求书1/2页1.一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，包括：对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断；无故障时进行障碍物的数据采集；对障碍物的数据进行处理；以及根据处理后的障碍物数据进行避障预警。2.如权利要求1所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，所述对飞行避障涉及的硬件模块进行故障判断的方法包括：接收上电指令，对飞行避障涉及的硬件模块进行上电自检，当任一模块上电自检不通过时判断故障，否则判断自检通过。3.如权利要求2所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，所述无故障时进行障碍物的数据采集的方法包括：在自检通过后对障碍物进行激光点云采集；根据导航数据对障碍物的点云数据进行坐标转换；根据伺服控制指令调整激光点云采集方向。4.如权利要求3所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，所述对障碍物的数据进行处理的方法包括：对障碍物的点云数据进行预处理，即对障碍物的点云数据进行栅格化、降采样、地物分离以及点云匹配校准；根据预处理的障碍物的点云数据获取障碍物的属性、外形信息和位姿信息，并且获取同完成点云语义分割后的结果级点云数据，即将激光雷达采集的原始点云数据与机载导航数据进行精确时间同步，对点云数据进行地面点分离，分离后的地面数据送入地面目标识别部分，分离后的非地面数据送入高压线识别部分；通过高压线识别部分，根据相邻帧的非地面数据进行数据融合，识别高压线；地面目标识别部分，根据点云数据在飞机前进方向以及前进方向的垂直方向的梯度变化情况，将属于地面目标的点云提取，使用基于区域增长的方法将这些孤立点云进行关联、联通，获得属于地面目标的点云，然后对每组点云计算其外接多边形和高度值，进而使用这些信息对地面目标类别进行分类，并对目标参数进行多帧平滑，抑制局部遮挡；对相邻帧点云进行匹配和对准，基于各帧所对应的导航信息进行点云拼接，形成局部空域点云图，基于支线检测方法对高压线点云进行回归拟合，检测并识别线缆端点，并对线段进行过渡处理，进而拟合出高压线的实际走向。5.如权利要求4所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助方法，其特征在于，所述根据处理后的障碍物数据进行避障预警的方法包括：根据结果级点云数据和判断规则生成告警信息进行避障预警，以及根据结果级点云数据进行点云可视化及渲染；所述判断规则包括：根据当前的飞行速度矢量对未来飞行轨迹进行预测，生成近空飞行通道，并根据飞行员反应时间、飞机机动时间、当前的飞行速度与飞行加速度以及当前的风向、风速生成安全飞行距离，安全距离范围内的目标认定为威胁目标。6.一种基于激光雷达的机载飞行避障辅助装置，其特征在于，包括：2CN113759947A权利要求书2/2页激光雷达传感器、转塔伺服机构、信号处理模块和接口控制模块；所述激光雷达传感器适于发射激光进行点云数据的采集，并且所述激光雷达传感器适于根据机载惯导的导航数据对点云数据进行坐标转换；所述接口控制模块适于根据伺服控制指令控制转塔伺服机构调整姿态，并将调整后的位姿发送至所述信号处理模块；所述信号处理模块适于根据点云数据和调整后的位姿获取结果级点云数据；所述接口控制模块适于根据结果级点云数据生成告警信息进行避障预警。7.如权利要求6所述的基于激光雷达的机载飞行避障辅助装置，其特征在于，所述机载飞行避障辅助装置还包括：电源模块；所