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专利号: 2022108290187
申请人: 江西理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1,将多个激光雷达纵向排列构成激光雷达阵列,并架设于拦截系统的360°稳定转向平台上,通过360°稳定转向平台控制激光雷达阵列旋转采集多旋翼无人机的三维空间特征信息,形成点云数据;并通过激光雷达阵列识别多旋翼无人机周边变化的动态场景,建立空中目标背景场景模型;

S2,将所述点云数据在相同三维坐标系下进行合并重建,并剔除其中因扫描范围重合而重复的数据,得到预处理数据;

S3,通过深度学习视觉避障模块识别拦截系统周边变化的动态场景,建立地面环境背景场景模型;

S4,将所述预处理数据与所述空中目标背景场景模型作差,并剔除静态环境数据后得到跟踪数据,与地面环境背景场景模型数据一起发送至云计算识别系统;

S5,云计算识别系统根据所述跟踪数据计算出多旋翼无人机的三维坐标信息,拦截系统根据三维坐标信息跟踪所述多旋翼无人机,并根据地面环境背景场景模型数据对多旋翼无人机进行规划路径及姿态调整。

2.根据权利要求1所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法,其特征在于,所述S1具体包括:在未识别到多旋翼无人机目标的场景下,通过360°稳定转向平台扩大各激光雷达的间距,以提升扫描范围;在检测到多旋翼无人机目标时,通过360°稳定转向平台缩小各激光雷达的间距,以提升扫描精度。

3.根据权利要求2所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法,其特征在于,所述S5之后还包括:根据多旋翼无人机的三维坐标信息,所述360°稳定转向平台控制所述激光雷达阵列实时调整扫描方向以对准所述多旋翼无人机。

4.根据权利要求1所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法,其特征在于,所述S3具体包括:所述深度学习视觉避障模块包括全景摄像头、红外发射装置及深度学习图像识别单元;

所述全景摄像头包含四个超广角摄像头,每个超广角摄像头采集周边一预定角度的环境图像,四个超广角摄像头共同采集拦截系统周边全部场景的图像,分别输入至所述深度学习图像识别单元中做进一步识别;

所述红外发射装置用于在所述全景摄像头采集到的图像无法识别时,通过所述红外发射装置向周边环境投射红外光,增加采集得到的图像特征;

所述深度学习图像识别单元基于YOLO‑X图像识别算法对各超广角摄像头采集到的图像实时处理,针对拦截系统周边环境中的动态物体进行实时地分类识别,将计算得到的识别目标类别及坐标发送至所述360°稳定转向平台,所述360°稳定转向平台进一步控制激光雷达阵列旋转采集多旋翼无人机的三维空间特征信息。

5.根据权利要求4所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法,其特征在于,所述S3具体包括:使用动态对象的数据对所述深度学习图像识别单元进行强化训练,在没有识别到动态对象的情况下,或在识别到周围存在多个动态目标时,暂停移动360°稳定转向平台并保持识别状态;

使用三维形态特征不稳定的物体目标的数据对所述深度学习图像识别单元进行强化训练,当识别到三维形态特征不稳定的物体目标时,更改360°稳定转向平台以规避该三维形态特征不稳定的物体目标。

6.根据权利要求1所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法,其特征在于,所述S5具体包括:根据三维坐标信息调整拦截系统的诱骗干扰拦截装置的方向,并利用诱骗干扰拦截装置向多旋翼无人机发射虚假的导航信号,使所述多旋翼无人机脱离控制并自主迫降实现拦截。

7.一种基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截系统,其特征在于,所述系统用于实现如权利要求1‑6任一项所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截方法,包括:多旋翼无人机特征采集模块,包含用于采集多旋翼无人机的三维空间特征信息形成点云数据的激光雷达阵列,所述激光雷达阵列还用于识别多旋翼无人机周边变化的动态场景以建立空中目标背景场景模型;

深度学习视觉避障模块,用于识别拦截系统周边变化的动态场景,建立地面环境背景场景模型;

将预处理数据与所述空中目标背景场景模型作差,并剔除静态环境数据后得到跟踪数据,与地面环境背景场景模型数据一起发送至云计算识别系统;

平台驱动模块,包含用于驱动激光雷达阵列和/或深度学习视觉避障模块跟随多旋翼无人机移动的360°稳定转向平台,通过360°稳定转向平台控制激光雷达阵列旋转采集多旋翼无人机的三维空间特征信息,形成点云数据;

数据预处理与传输模块,用于将所述点云数据在相同三维坐标系下进行合并重建,并剔除其中因扫描范围重合而重复的数据,得到预处理数据;

云计算识别系统,用于根据所述跟踪数据计算出多旋翼无人机的三维坐标信息;

拦截系统,用于根据三维坐标信息跟踪所述多旋翼无人机,并根据地面环境背景场景模型数据对多旋翼无人机进行规划路径及姿态调整。

8.根据权利要求7所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截系统,其特征在于,所述跟踪拦截系统还包括无线电干扰拦截模块,所述无线电干扰拦截模块用于根据三维坐标信息调整诱骗干扰拦截装置的方向,并利用诱骗干扰拦截装置向多旋翼无人机发射虚假的导航信号,使所述多旋翼无人机脱离控制并自主迫降实现拦截。

9.根据权利要求7所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截系统,其特征在于:

在巡检模式下,360°稳定转向平台以较低的角速度旋转,电动调节支架扩大激光雷达间距,以提升扫描稳定性并节省能耗;

在跟踪模式下,360°稳定转向平台以较高的角速度旋转转,电动调节支架缩小激光雷达间距,以扩大单位时间扫描范围,并提升采集目标特征点的密度。

10.根据权利要求7所述的基于点云的多旋翼无人机跟踪拦截系统,其特征在于,所述数据预处理与传输模块通过5G工业网关实现与附近5G基站间的数据收发,基于5G通信的云计算识别系统直接通过光纤连接5G基站。