无人机感知与规划应用系统设计

本文设计了一种可运用于无人机感知与自动规划系统，该方案通过建立三维地图、红外传感感知、激光雷达避障、多姿态飞控处理等四个方面来实现无人机在无指示情况下面临不同场景时通过自身的感知与探测设备，结合飞控进行数据处理，从而能自主规划路径的初步设想。本文设计的方案为进一步研究人工智能与无人机技术相结合奠定了基础。

科技日新月异，无人机产业受到了世界各国的普遍重视，得到了广泛深入的研究和飞速发展。不同场景下对无人机的使用要求不同，具备自主的飞行空域的环境感知、碰撞威胁估计、规避路径规划与机动控制能力，即无人机的感知与避障功能[1]。感知与避障技术是未来无人机空域集成应用的重要安全保障，同时也对无人机自主化、智能化技术提出了更高的要求。

2. 系统总体设计方案 无人机在复杂环境下能够以自主的方式完成各种动的多场景的无人机感知规划系统，其由一个由感知规划层和执行层组成的分层体系结构，感知与智能规划层一起进行自主操作，生成运动指令，本论文介绍感知规划层的设计方式。

在该无人机系统上共建有4 个核心系统即：三维地图建模系统、避障系统、感知系统、飞控系统。

本方案应满足以下要求： 1) 能满足无人机感知与自动规划的精度要求； 2) 对原无人机的重量和结构改造尽可能少； 3) 在原有飞控系统上加以改进，增强无人机的稳定性及作业时的安全性； 4) 在无人机改造上尽可能降低成本。

3. 分系统设计方案 3.1. 三维地图建模系统 三维地图建模是多场景无人机感知和自动规划系统的必备条件，三维地图建模系统能使无人机感知到地形上的变化，为无人机避障提供前提条件，让无人机能自主完成规划。利用无人机上搭载的传感设备对周围环境进行感知获取相应的环境信息，构建初始三维地图和无人机所处位置的三维地图。在持续获取的环境信息的无人机，三维地图的更新模块一直判断飞行过程的周围环境变化情况并获取环境变化信息，进行三维地图的更新。

数据获取模块利用无人机上搭载的传感设备对周围环境进行感知、扫描，获取相应的环境信息，对相关的设备获取的相关数据进行修正。然后图像处理模块处理并特征提取，确定扫描环境的特征点。

三维地图生成模块基于获取的环境信息构建初始三维地图，对获取的三维地图图像特征进行有效的提取、存储、编辑和记忆，构建合理、准确表征的空间三维环境，定位模块利用提取的环境特征点、导航定位数据、惯性测量数据、运动传感数据计算无人机当前位置以及姿态。

轨迹标注模块将无人机的位置以及姿态数据标注在构建的三维地图中， 判断执行任务中周围环境是否