一种无人机巡检避障模块及布置方法与流程

本发明涉及一种巡检避障模块及布置方法，具体为一种无人机巡检避障模块及布置方法，属于输电线路运维检修应用技术领域。

背景技术：

近年来，我国国民经济的持续快速发展对我国电力工业提出了越来越高的要求。我国国土辽阔，地形复杂，丘陵及山区较多，气象条件复杂，为了实现安全、可靠的供电，迫切需求自动化、现代化的巡检技术手段。目前，国网公司正逐步采用无人机技术来提高架空输电线路的运行效率和质量，无人机已成为电网巡检的重要技术手段。随着无人机巡检历程与采集输电线路信息量的增加，如何安全、有效、快速的进行输电线路信息采集，实现无人机的安全避障成为了智能巡检亟需解决的问题。现有的无人直升机避障，如专利“cn201210222437”一种用于无人机巡检带点导线的电场差分避障系统及方法”是通过检测无人机所处位置的电场强度的变化与仿真结果对比，进而进行对位置检测和判断。在检测过程中，专利“cn201210222437”利用输电线路截面的两个电场强度的差值的变化率，在无人机在输电线路飞行时候，要求无人机与输电线路平行飞行，实际上可能会不在一个水平线上，所以这种检测方法所得的结果对无人机的飞行安全有局限性。

如专利“cn201510582234.6”一种无人直升机巡检带电输电线路的三维电场差分避障方法是在无人直升机上安装有电场强度测量传感器，dsp数据处理器，三路完全相同的电场测量回路，各电场测量回路包括依次连接的电场测量传感器、信号处理单元，dsp数据处理器，dsp数据处理器输出端与无人机飞控系统连接，提供一种能够实现无人直升机对输电导线的三维空间避障。电场是一种电磁波，而实际巡检过程中影响无人机飞行安全的不仅仅只有线路电场，以上三维电场检测方法对无人机的飞行安全具有局限性。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种无人机巡检避障模块及布置方法，可实现无人机巡检过程中对导线、绝缘子串、杆塔及金具等自适应避障，从而确保无人机巡检作业安全，本发明通过采集无人机周围不同频段电磁波信息，并与阈值进行比较，在临近危险区域时反馈信息至无人机飞控，控制无人机向反方向移动，从而实现避障。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种无人机巡检避障模块，包括cpu，所述cpu的引脚连接键盘接口、液晶显示器、rs485接口和无线通信模块，且所述cpu另一侧引脚通过voc频率连接本征vco；所述cpu的引脚连接低噪声放大器，且所述低噪声放大器连接转接头；所述转接头连接射频滤波器，且所述射频滤波器连接a/d转换器，且所述a/d转换器连接所述cpu的引脚；所述低噪声放大器连接天线。

一种无人机巡检避障模块的布置方法，包括以下步骤：

步骤a、电磁波信号采集；

a)布置天线

为不影响无人机正常飞行，且确保信号采集可靠性，将信号采集天线分别布置在无人机体前后左右及上下六个部位，天线频率覆盖范围为9khz～6.2ghz，+20dbm～-160dbm测量范围；

b)信号处理

采用混频器完成信号的下变频并完成信号幅值、频谱检测，混频器将由天线采集的电磁波信号与本地振荡器产生的信号相乘，得到两个信号的差频，从而实现输入信号的变频，调整本地振荡器频率，即可实现不同信号频率采集；

c)信号分析

构建多种形式的天线传感器和多路智能式信号采集系统；获取大量反映时空域特性的传感信号，通过数值计算和数据分析处理，构造出多维数学模型；

步骤b、根据信号特征构建电磁信号物理模型，采用天线传感器和高速局部放电采集系统获得了局部放电的大量样本，构建出电磁波谱图及图像；

步骤c、预警及避障

六个不同方向采集的电磁波信息分别为x1、x2、y1、y2、z1、z2，其中，

x1、x2采集无人机前后电磁波信息；

y1、y2采集无人机左右电磁波信息；

z1、z2采集无人机上下电磁波信息；

当无人机任一方向电磁波超过阈值时，发送指令至飞控，由飞控控制无人机向相反方向运动，从而实现避障。

优选的，所述步骤b中采用基于核的统计不相关鉴别矢量集的pd模式识别方法，采用基于图像矩阵的主分量分析算法；采用核特征提取方法，对电磁波三维谱图进行分解，并进行核特征提取，然后将子图的特征进行融合、模式识别，提高识别的精度。

优选的，所述信号采集系统包括电场采集传感器、射频信号采集棒状及板状传感器、电晕放电采集传感器。

优选的，所述无人机在巡检过程中运行方向为前后、左右及上下六个方向，信号采集上与无人机运动方向保持一致。

本发明的有益效果是：

1)、本发明在无人机机体上下、左右及前后六个方向布置电磁波采集传感器，以实现无人机巡检过程中不同方向电磁波精确采集；采用全频段天线完成电磁波信息采集，可实现对无人机巡检过程中空间9khz～6.2ghz频段范围电磁波采集，有效克服了电场避障局限性。

2)、天线采集电磁波信息，发送至低噪声放大器，经窗口比较后发送至射频滤波器、最后通过a/d转换器转换为数字信号并发送至cpu进行处理。为了便于调试在样板中增加了键盘接口、液晶显示器、rs485接口及无线通信模块。

3)、可实现无人机巡检过程中对导线、绝缘子串、杆塔及金具等自适应避障，从而确保无人机巡检作业安全，本发明通过采集无人机周围不同频段电磁波信息，并与阈值进行比较，在临近危险区域时反馈信息至无人机飞控，控制无人机向反方向移动，从而实现避障。a)弥补现有避障技术及避障传感器局限性；对无人机巡检作业安全提出了一种新的避障方法，可进一步确保检修作业安全。

附图说明

图1为本发明数据通讯连接框图；

图2为本发明的六个方向示意图；

图3为本发明的本征vco电路图；

图4为本发明的cpu电路图；

图5为本发明的射频滤波器电路图；

图6为本发明的无线通信模块电路图；

图7为本发明的a/d转换器电路图；

图8为本发明的低噪声放大器电路图；

图9为本发明实施例检测强度示意图；

图10为本发明实施例检测频率示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10所示，一种无人机巡检避障模块，包括cpu，所述cpu的引脚连接键盘接口、液晶显示器、rs485接口和无线通信模块，且所述cpu另一侧引脚通过voc频率连接本征vco；所述cpu的引脚连接低噪声放大器，且所述低噪声放大器连接转接头；所述转接头连接射频滤波器，且所述射频滤波器连接a/d转换器，且所述a/d转换器连接所述cpu的引脚；所述低噪声放大器连接天线。

一种无人机巡检避障模块的布置方法，包括以下步骤：

步骤a、电磁波信号采集；

a)布置天线

为不影响无人机正常飞行，且确保信号采集可靠性，将信号采集天线分别布置在无人机体前后左右及上下六个部位，天线频率覆盖范围为9khz～6.2ghz，+20dbm～-160dbm测量范围；

b)信号处理

采用混频器完成信号的下变频并完成信号幅值、频谱检测，混频器将由天线采集的电磁波信号与本地振荡器产生的信号相乘，得到两个信号的差频，从而实现输入信号的变频，调整本地振荡器频率，即可实现不同信号频率采集；

c)信号分析

构建多种形式的天线传感器和多路智能式信号采集系统；获取大量反映时空域特性的传感信号，通过数值计算和数据分析处理，构造出多维数学模型；

步骤b、根据信号特征构建电磁信号物理模型，采用天线传感器和高速局部放电采集系统获得了局部放电的大量样本，构建出电磁波谱图及图像；

步骤c、预警及避障

六个不同方向采集的电磁波信息分别为x1、x2、y1、y2、z1、z2，其中，

x1、x2采集无人机前后电磁波信息；

y1、y2采集无人机左右电磁波信息；

z1、z2采集无人机上下电磁波信息；

当无人机任一方向电磁波超过阈值时，发送指令至飞控，由飞控控制无人机向相反方向运动，从而实现避障。

所述步骤b中采用基于核的统计不相关鉴别矢量集的pd模式识别方法，采用基于图像矩阵的主分量分析算法；采用核特征提取方法，对电磁波三维谱图进行分解，并进行核特征提取，然后将子图的特征进行融合、模式识别，提高识别的精度。

所述信号采集系统包括电场采集传感器、射频信号采集棒状及板状传感器、电晕放电采集传感器。

所述无人机在巡检过程中运行方向为前后、左右及上下六个方向，信号采集上与无人机运动方向保持一致。

实施例一：

一种无人机避障方法，包括以下步骤：

步骤1：安装电磁波传感器，带有usb接口，分别在无人机机头、机尾、机翼两侧及机身上下布置，并将信号输出端分别与六路低噪声放大器分别相连，各路信号单独处理后发送至cpu。

步骤2：设备监控频率范围2400mhz-2483.5mhz，设置危险频率2441mhz、2442.5mhz并阈值输入至cpu，图10所示。

步骤3：分析6路电磁波信息并与阈值(-8dbm)进行比较，当超过阈值时发出危险警示并发送信息至飞控。图9所示。

步骤4：飞控控制无人机向相反方向调整，从而实现避障。

本发明在无人机机体上下、左右及前后六个方向布置电磁波采集传感器，以实现无人机巡检过程中不同方向电磁波精确采集；采用全频段天线完成电磁波信息采集，可实现对无人机巡检过程中空间9khz～6.2ghz频段范围电磁波采集，有效克服了电场避障局限性。天线采集电磁波信息，发送至低噪声放大器，经窗口比较后发送至射频滤波器、最后通过a/d转换器转换为数字信号并发送至cpu进行处理。

本发明提出了一种电磁波探测方法，实时探测无人机巡检过程中空间电磁波，当某一方向上电磁波超出安全阈值时，无人机向相反方向移动从而实现巡检避障。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。