基于视觉辅助导航的小旋翼机群编队穿越障碍技术.docx

【基于视觉辅助导航的小旋翼机群编队穿越障碍技术】是无人机研究中的一个重要领域，它结合了多个学科，包括编队飞行控制、无人机集群自组织网络、机载传感器数据融合以及空间环境智能感知。在这样的系统中，旋翼机集群必须具备高效的目标感知和定位能力，以及避障功能，以便在复杂环境中执行任务。由于旋翼机的负载限制，轻量级的视觉传感器成为了理想的辅助工具。目前的研究已提出了多种基于视觉辅助的旋翼机编队导航策略，并探讨了主-从式异构旋翼机编队的导航方案。 在低空飞行时，由于气压计的不稳定性，无人机与地面的相对高度测量误差成为一大挑战。小型LiDAR激光传感器被引入，用于提高低空测高精度，同时也在地形测量、避障和融合定位等方面发挥了作用。无人机编队技术在空中侦察、编队作战和物流配送等场景有着广泛应用，而穿越复杂障碍如峡谷、高楼间隙等则需要高级的环境感知和穿越技术。 文章提出了飞行通道约束的概念，将障碍物抽象为矩形门框，通过精确估计门框中心实现穿越。该研究还参与了2018年的“无人争锋”智能无人机集群系统挑战赛。研究的主要贡献包括： 1) 构建了异构无人机编队穿越的仿真验证平台和实机测试系统； 2) 设计了基于单目视觉的相对定位方法，实现实时穿越和路径规划； 3) 开发了多传感器融合的安全飞行策略，利用激光定高数据的时域滤波器提升飞行稳定性。 整体框架上，无人机编队穿越系统分为硬件、软件和算法三个层次。硬件平台包括两种类型的旋翼机，主机配备有高性能处理器、路由器、单目视觉传感器和云台，负责控制、通信和感知任务，而从机则更轻便。软件设计方面，采用定制的地面站软件，支持飞行器管理、任务设计、实时控制和数据查看，配合开发的避障算法和通信模块，实现编队的在线路径规划和避障功能。此外，还提供了紧急返航功能，增强了安全性。 总结来说，这项研究旨在通过视觉辅助和多传感器融合，提高小旋翼无人机编队在复杂环境中的导航和避障能力，特别是在低空穿越障碍时的精准定位和安全飞行。通过硬件平台的构建、软件设计和算法开发，为实际的无人机集群任务提供了实用的技术解决方案。