一种基于毫米波雷达的直升机合成视景方法、系统及存储介质与流程

本发明属于计算机图像处理技术领域，特别是涉及一种基于毫米波雷达的直升机合成视景方法、系统及存储介质。

背景技术：

由电力线所引起的直升机事故频频发生，因而确保直升机飞行安全一个很重要的方面就是对电力线的检测。电力线巡检系统已应用了3d程控飞行技术，但无法紧急避让预期外的障碍物，如果在直升机飞行高度不高的情况下，很可能与前方的交叉电力线相撞。目前，直升机防撞雷达技术已经有了一定的技术积累，自20世纪60年代，国外研制出了各种机载体制的障碍物探测、避障及障碍物预警设备。毫米波避障雷达具有大带宽、体积小、重量轻的特点，比较适合机载，毫米波的波长介于1—10mm。恒虚警检测技术给检测策略提供检测阀值。为了更好地对输电线探测，也可以采用极化检测技术。杂波抑制也有助于电力线的检测。将毫米波避障雷达应用于直升机合成视景系统，可更好地提高直升机工作效率和安全性，具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是：

提供关于直升机前方及时精确的情景感知，解决直升机过程中及时躲避障碍物的问题。

本发明的技术方案是：

第一方面，提供一种基于毫米波雷达的直升机合成视景方法，包括：

采集毫米波雷达数据；

根据预设的毫米波雷达数据库确定所述毫米波雷达数据的类型，所述类型包括：地形数据或障碍物数据；所述预设的毫米波雷达数据库由开发人员预先统计的数据和类型的对应关系；

将所述毫米波雷达数据与预存数据库进行融合，得到图像数据；所述预存数据库包括高程影像子库、正射影像子库、障碍物子库和机场模型子库；

根据当前直升机位姿，对所述图像数据进行渲染和显示。

可选的，所述将毫米波雷达数据库与预存数据库进行融合，包括：

获取所述毫米波雷达数据的数据特征；

从所述高程影像子库中提取与所述数据特征匹配的高程特征；

从所述正射影像子库、障碍物子库和机场模型子库中分别提取与所述高程特征对应的特征；

对所述数据特征、所述高程特征及其对应的特征进行插值运算，得到所述图像数据。

第二方面，提供一种基于毫米波雷达的直升机合成视景系统，包括：

采集模块，用于采集毫米波雷达数据；

确定模块，用于根据预设的毫米波雷达数据库确定所述毫米波雷达数据的类型，所述类型包括：地形数据或障碍物数据；所述预设的毫米波雷达数据库由开发人员预先统计的数据和类型的对应关系；

融合模块，用于将所述毫米波雷达数据与预存数据库进行融合，得到图像数据；所述预存数据库包括高程影像子库、正射影像子库、障碍物子库和机场模型子库；

显示模块，用于根据当前直升机位姿，对所述图像数据进行渲染和显示。

第三方面，提供一种计算机可读的存储介质，所述存储介质上存储有指令，所述指令被处理器执行时实现所述第一方面提供的所述任一方法的步骤。

本发明具有的优点是：

本发明利用毫米波雷达感知直升机附近地形及障碍物，通过与预存数据库进行融合，提高直升机环境感知能力，尤其适合对电力线的实时检测，在民航和军事领域都有着良好的应用前景。

附图说明：

图1为本发明的原理框图。毫米波雷达采集毫米波雷达数据后，经三维点云分割，形成地形数据和障碍物数据，保存到毫米波雷达数据库中；然后，毫米波雷达数据库与包含高程影像、正射影像、障碍物及机场模型的预存数据库进行融合，确认地形及障碍物信息，融合结果保存到工作数据库；渲染单元从工作数据库中提取需要绘制的数据，经渲染后交由显示单元进行显示。

具体实施方式:

系统借助毫米波雷达探测地面障碍物，将毫米波雷达探测到的数据与预先存储的数据进行融合，通过三维渲染引擎绘制高精度的高程影像、正射影像、机场模型、障碍物和飞行仪表信息，具有大视场、高亮度、高对比度、高分辨率等特点，对直升机避障飞行具有直接的指导作用。合成视景系统方案均提高飞行员对外界和飞机自身的感知程度，但也有一定的不足，如需要携带大量数据库信息。本发明结合直升机的特点，将毫米波雷达数据与预存地图数据有机地结合，提出了一套切实可行的视景显示系统解决方案，满足直升机低空巡航的要求。

本发明实施例提供一种基于毫米波雷达的直升机合成视景系统，如图1所示，该系统可以包括以下几个部分：

毫米波雷达、控制器，该控制器包括：毫米波雷达数据库、预存数据库、融合单元、工作数据库、渲染单元和显示单元；

所述毫米波雷达对地面进行探测，收发电磁波波长介于1—10mm，探测结果保存到毫米波雷达数据库；

所述毫米波雷达数据库，对毫米波探测结果进行三维点云分割，得到新的地面信息和障碍物信息，更新原有的数据；

所述预存数据库，保存高程影像、正射影像、障碍物数据和机场模型；

所述融合单元，根据直升机当前的位姿，将毫米波雷达数据库和预存数据库进行融合，得到一致的地形、障碍物、机场数据；

所述工作数据库，保存融合单元的处理结果；

所述渲染单元，根据直升机当前的位姿计算直升机前方视野，从工作数据库中提取相关数据进行渲染；采用场景图方式组织待绘制的模型，渲染的内容和先后次序为：地形、障碍物、机场模型、飞行仪表；其中，为了提高大地形的调度和渲染效率，用八叉树形式进行地形的组织和存储；

所述显示单元，将渲染单元的结果显示出来，包括下视显示器和平视显示器两种形式。

以巡线飞行的直升机合成视景为例，具体实施步骤如下：

第一步，将巡线路径上的高程影像、正射影像、电力线矢量等数据经过影像分片、矢量离散化处理后存入预存数据库；

第二步，对毫米波雷达采集的数据，检测数据中的三维跳边，运用区域增长法和基于聚类的分割方法对三维点云进行分割，得到地形和电力线两类数据，分别存入毫米波雷达数据库；

第三步，对毫米波雷达数据库和预存数据库进行融合，从两类数据库中查找同名特征点，在同名特征点之间进行插值，将结果存入工作数据库；

第四步，对当前视景进行渲染，以开源三维引擎openscenegraph为基本框架，根据当前直升机位姿状况对地形和电力线进行渲染，并叠加由scadedisplay软件生成的飞行仪表符号；

第五步，通过综合显示器将渲染结果显示给飞行员。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于毫米波雷达的直升机合成视景方法、系统及存储介质。该方法：采集毫米波雷达数据；根据预设的毫米波雷达数据库确定所述毫米波雷达数据的类型，所述类型包括：地形数据或障碍物数据；所述预设的毫米波雷达数据库由开发人员预先统计的数据和类型的对应关系；将所述毫米波雷达数据与预存数据库进行融合，得到图像数据；所述预存数据库包括高程影像子库、正射影像子库、障碍物子库和机场模型子库；根据当前直升机位姿，对所述图像数据进行渲染和显示。本发明实施例具有大视场、高亮度、高对比度、高分辨率等特点，对直升机避障飞行具有直接的指导作用。

技术研发人员：韩伟;程岳;刘作龙;余冠锋;袁雷
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
技术研发日：2018.12.11
技术公布日：2019.04.19