无人机复杂环境三维感知、理解与决策

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随着无人机技术的发展,其在各种军事民用领域得到了广泛的应用。无人机对周围复杂环境的三维感知理解能力以及应对各种复杂情况的决策能力是其安全飞行的关键。  本文首先介绍了无人机在复杂三维环境中安全飞行所面临的问题,并由此引入了增强合成视景系统航空电子解决方案,主要是通过增强合成视景技术提高无人机在复杂环境下的三维感知、理解与决策能力,保障安全飞行。然后,介绍了增强合成视景以及视景仿真技术,借助于视景仿真技术进行增强合成视景模拟系统的设计开发与验证,主要完成了如下方面的工作:  1、对增强合成视景技术以及视景仿真技术进行了分析和研究。总结了增强合成视景系统的构成;对增强合成视景系统中关键技术,如数据库技术、仪表符号显示技术、传感器技术、动态三维图形渲染技术进行了分析;对视景仿真技术进行了分析,包括三维建模技术、虚拟仪表的开发、着色器技术、视景仿真程序设计等;设计了本文增强合成视景演示系统的技术路线以及总体框架。  2、设计并实现了增强合成视景技术在无人机复杂环境三维感知阶段的解决方案。首先对复杂环境进行了仿真,包络昼夜环境、雾雨雪等退化视觉环境;对环境感知阶段的多源传感器成像进行了仿真,包括红外传感器、激光雷达传感器、毫米波雷达传感器,并对这些传感器进行了性能差异仿真分析;建立了视景仿真所需要的视景数据库,包括地形数据库以及障碍物数据库等。  3、设计并实现了增强合成视景技术在无人机复杂环境三维理解阶段的解决方案。实现了地形告警系统,研究了地形威胁模型,并进行地形告警凸显、地形山脊线凸显;实现了障碍物凸显处理,采用框选、线条、文字、着色等方案进行障碍物凸显,并实现了障碍物稀疏化显示;对威胁区域,如禁飞区域、着陆区域等进行了模型建立以及凸显处理;提出了多源传感器全局与局部融合方案,实现了共八种不同的融合方案;设计并绘制了飞行仪表以及三维保形符号,尤其是着陆阶段的三维着陆地标符号。  4、设计并实现了增强合成视景技术在无人机复杂环境三维决策阶段的解决方案。在无人机起飞着陆阶段,通过着陆阶段划分,着陆仪表以及三维着陆地标的指示辅助无人机着陆决策;设计了四种安全飞行通道,为无人机安全飞行提供指示信息,实时展示预选航道;以凸显的指示符号,障碍物指示等信息协助无人机安全的规避与避障。
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