基于AM5728 DSP+ARM 毫米波雷达与单目视觉融合的无人机自主避障系统

近些年,民用小型无人机(UAV)得到人们越来越多的关注和应用,无人机已经广泛地应用在快递、外卖、电力线巡检等领域中。拥有自主避障功能的无人机更是在社会生产、科研、航拍作业中拥有广泛的应用前景,它不仅可以让无人机平稳的飞行,而且还可以让无人机在完成各种复杂的飞行任务时有效的避开障碍物,减少无人机由于撞上障碍物而损坏以及带来的次生危害。国内外相关领域的学者在无人机自主避障方面已经做了不少研究,一般的无人机避障方案都是依赖于现成的三维高程地图、多目视觉传感器或者其他多种传感器的组合来实现;基于现有方案的避障系统一般都有体积大、功耗高、质量重以及价格昂贵的缺点。具有体积小、功耗低、质量轻、价格低优势,并且适合安装在小型无人机(例如多旋翼无人机)上使用的自主避障系统仍有待进一步的研究。毫米波雷达具有体积小、重量轻、测距距离远的优点,但是毫米波雷达在测量障碍物的方位角度时精度低。单目视觉传感器可以测量无人机飞行环境中的障碍物所处的方位角度,并且与多目视觉传感器相比,单目视觉处理具有计算量小的优势;但是单目视觉传感器在测量障碍物的距离时精度很低。将毫米波雷达与单目视觉传感器结合起来安装在小型无人机上的方案,可以同时获得高精度的障碍物距离和方位角度信息,实现了两种传感器的优势互补;而且该方案所涉及的计算量小,一般的嵌入式微处理器就能胜任,适合在小型无人机上安装使用。基于该无人机自主避障方案,本论文主要研究内容如下:1)总结了国内外无人机自主避障系统的研究与发展现状,提出了将毫米波雷达与单目视觉传感器相融合的无人机自主避障系统方案。2)介绍了毫米波雷达的组成结构和利用毫米波雷达测量障碍物距离的基本原理;研究了将数字图像处理理论应用于单目视觉传感器测量障碍物方位角度的方法;提出了把毫米波雷达的障碍物测距结果与单目视觉传感器的障碍物测角结果相融合,进而实现障碍物三维立体定位的方法;介绍了将复杂的三维路径规划问题简化为二维路径规划问题的方法。3)基于信迈AM5728 DSP+ARM硬件平台、毫米波雷达平台以及大疆的Naza无人机平台,开发了一套将毫米波雷达与单目视觉相融合的无人机自主避障演示系统;并利用该无人机自主避障演示系统做了避障飞行实验,初步验证了本论文提出的融合方案在无人机自主避障飞行中的可行性。

AM5728 DSP+ARM实物图：