基于雷達(dá)和視覺復(fù)合傳感器的無人機(jī)障礙物檢測(cè)研究.pdf

1、具有自主飛行能力的無人機(jī)由于其成本低，機(jī)動(dòng)性能好，效費(fèi)比好，生存能力強(qiáng)，無人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、民用以及科學(xué)研究中均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而現(xiàn)有的無人機(jī)缺乏自主探測(cè)及躲避障礙物的能力，在可視范圍以內(nèi)可以通過人為的遙控飛行，可視范圍以外障礙物會(huì)對(duì)無人機(jī)飛行產(chǎn)生安全威脅。因此需要構(gòu)建一套具有感知能力，并使無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)障礙物自主檢測(cè)的方法。
　　本文提出了基于毫米波雷達(dá)和視覺傳感器融合進(jìn)行無人機(jī)障礙物的檢測(cè)的方法。利用毫米波雷達(dá)

2、獲取前方障礙物的距離、角度等信息，根據(jù)毫米波雷達(dá)獲取的信息和圖像的底層顏色信息在視頻圖像上建立起障礙物的感興趣區(qū)域，然后利用 SURF（Speeded Up Robust Feature）算法對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，判斷是否為建筑物等障礙物。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.建立雷達(dá)坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)無人機(jī)平臺(tái)高度、姿態(tài)變化的特點(diǎn)，雷達(dá)和圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系需要滿足對(duì)其變化具有自適應(yīng)性。傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)和視覺傳感器融合通?；诙S運(yùn)

3、動(dòng)平臺(tái)的假設(shè)，對(duì)平臺(tái)的姿態(tài)變化非常敏感。本文基于相機(jī)的針孔模型推導(dǎo)并建立與融合系統(tǒng)的姿態(tài)和高度關(guān)聯(lián)的雷達(dá)坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并通過融合IMU的姿態(tài)數(shù)據(jù)和差分GPS的高度數(shù)據(jù)精確計(jì)算出目標(biāo)障礙物的圖像坐標(biāo)。
　　2.障礙物候選區(qū)域分割。由于毫米波雷達(dá)獲取的為環(huán)境的稀疏信息，不能得到障礙物的全面位置信息。因此根據(jù)雷達(dá)反射點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和圖像顏色特征進(jìn)行障礙物的候選區(qū)域分割。
　　3.基于SURF算法的障礙物候選區(qū)域判別。通過提

4、取候選區(qū)域的SURF特征關(guān)鍵點(diǎn)與障礙物樣本的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)匹配來實(shí)現(xiàn)障礙物的分類識(shí)別。
　　4.融合系統(tǒng)開發(fā)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用VS2008和Opencv2.43開發(fā)了基于毫米波雷達(dá)、視覺傳感器、IMU(Inertial Measurement Unit)和GPS(Global Position System)多傳感器融合的無人機(jī)障礙物檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為研華Celeron2.3GHz處理器、2G內(nèi)存的單板計(jì)算機(jī)，多傳感器融合障礙物