避障技術(shù)是現(xiàn)代無(wú)人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的重要組成部分，其核心目標(biāo)是提升無(wú)人機(jī)的自主飛行能力，確保其在復(fù)雜環(huán)境中的安全性。

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其在航拍、農(nóng)業(yè)、物流、救援等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中可能遇到各種障礙物，如樹(shù)木、建筑物、電線(xiàn)等，這些障礙物可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)墜毀或任務(wù)失敗。因此，研究無(wú)人機(jī)避障技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

無(wú)人機(jī)避障技術(shù)主要依賴(lài)于傳感器、算法和控制系統(tǒng)。傳感器用于獲取周?chē)h(huán)境的信息，包括視覺(jué)傳感器、紅外傳感器、雷達(dá)傳感器等。算法則根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，識(shí)別出障礙物并計(jì)算出安全的飛行路徑。控制系統(tǒng)則根據(jù)算法輸出的指令調(diào)整無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)和速度，實(shí)現(xiàn)避障功能。

無(wú)人機(jī)避障技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。在航拍領(lǐng)域，避障技術(shù)可以確保無(wú)人機(jī)在拍攝過(guò)程中避免與建筑物、樹(shù)木等障礙物發(fā)生碰撞，提高拍攝質(zhì)量和安全性。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)可以通過(guò)避障技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥、噴藥等作業(yè)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。在物流領(lǐng)域，避障技術(shù)可以幫助無(wú)人機(jī)在復(fù)雜的城市環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主飛行和貨物投遞。此外，避障技術(shù)還可以應(yīng)用于救援、偵查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。

無(wú)人機(jī)的避障技術(shù)中最為常見(jiàn)的是紅外線(xiàn)傳感器、超聲波傳感器、激光傳感器以及視覺(jué)傳感器。

激光避障：激光的測(cè)量距離可以達(dá)到幾十米甚至上百米，角度分辨率高，通?？梢赃_(dá)到零點(diǎn)幾度，測(cè)距的精度也高。

優(yōu)點(diǎn)：距離遠(yuǎn)，精度高；缺點(diǎn)：成本高昂，需要漫反射物體才能檢測(cè)。

海水對(duì)于短波輻射的反射率（反照率）一般僅為5%，也就是說(shuō)，海水可以吸收太陽(yáng)熱輻射能量的95%，而白色冰雪的反射率卻高達(dá)30%-80%，二者相差6~16倍。

不透明介質(zhì)如鏡面的反射率為100%，非鏡面則與顏色、溫度、光的屬性等諸方面因素有關(guān)。透明介質(zhì)的反射率的大小與光的入射角有關(guān),入射角越大,反射率越大，例如,光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí),發(fā)生全反現(xiàn)象，小于臨界角時(shí),則是部分反射。

紅外避障：電視、空調(diào)遙控器、酒店的自動(dòng)門(mén)，都是利用的紅外線(xiàn)的感應(yīng)原理。紅外線(xiàn)避障的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)方式就是三角測(cè)量原理，紅外線(xiàn)避障對(duì)障礙物的要求跟超聲波恰恰相反，它需要漫反射表面，而對(duì)于透明的或者近似黑體的物體，紅外傳感器是無(wú)法檢測(cè)距離的。

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，成本較低；缺點(diǎn)：對(duì)抗環(huán)境光干擾能力較差，需要漫反射物體才能檢測(cè)，距離較短。

超聲波避障：由于超聲傳感器的成本低、實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，是無(wú)人機(jī)常用的傳感器。但不同材料對(duì)聲波的反射或者吸引是不相同的，在部分場(chǎng)景下容易受到其他聲波干擾，并且超聲波的測(cè)量周期較長(zhǎng)，比如3米左右的物體，聲波傳輸這么遠(yuǎn)的距離需要約20m/s的時(shí)間。

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，成本低，調(diào)試簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：易受其他聲波干擾，距離短。

視覺(jué)避障：視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)通常來(lái)說(shuō)可以包括一個(gè)或兩個(gè)攝像頭。單一的照片只具有二維信息，猶如2D電影，并無(wú)直接的空間感，所以單一的攝像頭獲取到的信息及其有限，并不能直接得到我們想要的效果。

優(yōu)點(diǎn)：距離優(yōu) 秀，精度高，成本較低；缺點(diǎn)：運(yùn)算復(fù)雜，需要光線(xiàn)充足環(huán)境。

發(fā)射到接收的時(shí)間差，就能輕松計(jì)算出測(cè)量距離

超聲波傳感器測(cè)距的優(yōu)缺點(diǎn)

利用超聲波測(cè)距傳感器測(cè)距具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。與視覺(jué)傳感器相比較，超聲波傳感器能夠在亮度低、有灰塵，煤煙等不理想的環(huán)境下，保持良好的測(cè)距性能，確保及時(shí)無(wú)誤地采集到距離信息，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到信息處理設(shè)備。

（2）對(duì)色彩、光照度不敏感。超聲波測(cè)距傳感器可識(shí)別玻璃，拋光體等能透過(guò)光線(xiàn)和表面粗糙的物體。

（3）與視覺(jué)傳感器相比超聲波傳感器可以得到距離信息。視覺(jué)傳感器只能檢測(cè)到物體的存在，而不能檢測(cè)到目標(biāo)和障礙物之間的距離，超聲波傳感器在檢測(cè)到有物體的同時(shí)也可以得到與物體的距離信息。

（4）探測(cè)速度快。雖然在空氣中光速比聲速快，但視覺(jué)傳感器較超聲波傳感器而言并沒(méi)有速度上的優(yōu)勢(shì)。由于視覺(jué)傳感器采集到的圖片信息還需要經(jīng)過(guò)圖像識(shí)別過(guò)程，這個(gè)過(guò)程需要比較長(zhǎng)的時(shí)間。

（5）和視覺(jué)傳感器、激光測(cè)距儀相比，超聲波傳感器還具有構(gòu)造簡(jiǎn)易、占空間小、價(jià)格便宜，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單可靠，不容易損壞等優(yōu)點(diǎn)。

所以超聲波測(cè)距傳感器，易于小型化和集成化，這更適合智能微型化的要求。

當(dāng)然，利用超聲波測(cè)距傳感器測(cè)距也不能避免以下缺點(diǎn)：

（1）抗干擾性差：超聲波能量較強(qiáng)，因此多個(gè)超聲波傳感器一起使用會(huì)相互干擾。即使只使用一個(gè)超聲波傳感器，仍存在受聲波的反復(fù)反射而造成干擾誤差。

（2）由于超聲波的波束角比較大，對(duì)物體位置的檢測(cè)不夠準(zhǔn)確。

（3）單個(gè)超聲波傳感器的穩(wěn)定性不理想，近距離測(cè)距有盲區(qū)。

（4）超聲波測(cè)距只能檢測(cè)障礙物的距離數(shù)據(jù)，無(wú)法得到障礙物的尺寸和形狀等信息。

一般來(lái)說(shuō)，超聲波的有效距離是5m，對(duì)反射物體的材質(zhì)也有限制。

如果物體表面反射超聲波的能力不足，避障系統(tǒng)的有效距離也會(huì)降低。

體的距離D不同，反射角度也會(huì)不同，不同的反射角度會(huì)產(chǎn)生不同的偏移值L

紅外測(cè)距傳感器測(cè)距的優(yōu)缺點(diǎn)

利用紅外測(cè)距傳感器測(cè)量距離具有的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）抗干擾能力強(qiáng)。同時(shí)同方向使用多個(gè)紅外傳感器時(shí)不會(huì)相互干擾。

（2）測(cè)量精度高。紅外測(cè)距傳感器與超聲波測(cè)距傳感器相比，具有測(cè)量精度的優(yōu)勢(shì)。

（3）測(cè)距速度快。由于光速比聲音在空氣中傳播的速度快，所以利用紅外光線(xiàn)的反射原理制成的紅外測(cè)距傳感器比利用聲波反射原理制成的超聲波測(cè)距傳感器測(cè)距，反應(yīng)時(shí)間短。

（4）適用于長(zhǎng)距離測(cè)距。由于紅外線(xiàn)在空氣中傳播具有不擴(kuò)散的性質(zhì)，并且它在穿透物體時(shí)對(duì)折射率的影響不大，所以紅外測(cè)距經(jīng)常被用在距離較大的測(cè)量任務(wù)中。

（5）具有更強(qiáng)的發(fā)射和接收能力。因?yàn)樽匀唤缰兄灰獪囟雀哂?/span>絕 對(duì)零度的物體都會(huì)反射紅外線(xiàn)，所以利用紅外反射原理制成的測(cè)距傳感器發(fā)射和接收能力優(yōu)越。

紅外測(cè)距傳感器測(cè)距的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)光直射的環(huán)境會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成影響。

紅外和超聲波技術(shù)，因?yàn)槎夹枰鲃?dòng)發(fā)射光線(xiàn)、聲波，所以對(duì)于反射的物體有要求，比如：紅外線(xiàn)會(huì)被黑色物體吸收，會(huì)穿透透明物體，還會(huì)被其他紅外線(xiàn)干擾；而超聲波會(huì)被海綿等物體吸收，也容易被槳葉氣流干擾。

紅外線(xiàn)避障的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)方式就是三角測(cè)量原理，紅外線(xiàn)避障對(duì)障礙物的要求跟超聲波恰恰相反，它需要漫反射表面，而對(duì)于透明的或者近似黑體的物體，紅外傳感器是無(wú)法檢測(cè)距離的。

紅外和超聲波目前都是單點(diǎn)測(cè)距，只能獲得特定方向上的距離數(shù)據(jù)

雙目視覺(jué)可以在小體積、低功耗的前提下，獲得眼前場(chǎng)景的比較高分辨率的深度圖，這就讓避障功能有了更多的發(fā)展空間，比如避障之后的智能飛行、路徑規(guī)劃等。

視覺(jué)方案因?yàn)椴杉瘓D像并分析需要更長(zhǎng)時(shí)間所以延遲較高，且較為依賴(lài)攝像頭的光線(xiàn)采集能力，對(duì)算法要求也較高，所以現(xiàn)有無(wú)人機(jī)對(duì)于電線(xiàn)、樹(shù)枝等障礙物較小的場(chǎng)景容易失效。在反光面、低能見(jiàn)度 、高亮直射、純色表面等各種場(chǎng)景也會(huì)有一定障礙，很容易失效。

無(wú)人機(jī)避障技術(shù)的發(fā)展以及其未來(lái)的研究態(tài)勢(shì)，無(wú)人機(jī)避障技術(shù)可分為三個(gè)階段，一是感知障礙物階段；二是繞過(guò)障礙物階段；三是場(chǎng)景建模 和路徑搜索階段。這三個(gè)階段其實(shí)是無(wú)人機(jī)避障技術(shù)的作用過(guò)程。從無(wú)人機(jī)發(fā)現(xiàn)障礙物，到可以自動(dòng)繞開(kāi)障礙物，再達(dá)到自我規(guī)劃路徑的過(guò)程。

第 一階段，無(wú)人機(jī)只能是簡(jiǎn)單地感知障礙物。當(dāng)無(wú)人機(jī)遇到障礙物時(shí)，能快速地識(shí)別，并且懸停下來(lái)，等待無(wú)人機(jī)駕駛者的下一步指令！ 

第二階段，無(wú)人機(jī)能夠獲取障礙物的深度圖象，并由此精 確感知障礙物的具體輪廓，然后自主繞開(kāi)障礙物！這個(gè)階段是擺脫飛手操作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主駕駛的階段！ 

第三階段，無(wú)人機(jī)能夠?qū)︼w行區(qū)域建立地圖模型然后規(guī)劃合理線(xiàn)路！這個(gè)地圖不能僅僅是機(jī)械平面模型，而應(yīng)該是一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)更新的三維立體地圖！這將是目前無(wú)人機(jī)避障技術(shù)的最 高階段！

避障系統(tǒng)已經(jīng)成為無(wú)人機(jī)安全飛行的關(guān)鍵組成部分。避障系統(tǒng)可以在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中避開(kāi)障礙物，從而防止碰撞，提高飛行安全性。

有避障系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中可以實(shí)時(shí)檢測(cè)并避開(kāi)障礙物。這使得無(wú)人機(jī)能夠在復(fù)雜的環(huán)境中飛行，如城市、森林等，這些地方可能有大量的建筑物、樹(shù)木等障礙物。此外，有避障系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)在低空飛行時(shí)也可以更好地避免與鳥(niǎo)類(lèi)或其他飛行器的碰撞。

無(wú)人機(jī)避障技術(shù)概述

無(wú)人機(jī)避障技術(shù)是指無(wú)人機(jī)通過(guò)感知周?chē)h(huán)境，實(shí)現(xiàn)自主避開(kāi)障礙物的一系列技術(shù)。這些技術(shù)通過(guò)不同的傳感器（如攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)等）來(lái)收集環(huán)境信息，并經(jīng)過(guò)算法處理，指導(dǎo)無(wú)人機(jī)做出避障決策。無(wú)人機(jī)避障技術(shù)不僅能夠提高飛行的安全性和穩(wěn)定性，還能擴(kuò)展無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍和提升其作業(yè)效率。

無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)類(lèi)型

1. 視覺(jué)避障技術(shù)

視覺(jué)避障技術(shù)通過(guò)攝像頭對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行感知和分析，實(shí)現(xiàn)自主避開(kāi)障礙物。攝像頭捕捉到的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖像處理和算法分析，可以識(shí)別出障礙物，并計(jì)算出無(wú)人機(jī)與障礙物之間的距離和方位，從而指導(dǎo)無(wú)人機(jī)進(jìn)行避障。然而，視覺(jué)避障技術(shù)在光線(xiàn)不足或復(fù)雜環(huán)境中可能受到限制。

2. 雷達(dá)避障技術(shù)

雷達(dá)避障技術(shù)是通過(guò)發(fā)送高頻電磁波并接收反射信號(hào)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)系K物的檢測(cè)和距離計(jì)算。毫米波雷達(dá)作為其中的一種，因其高精度和抗干擾能力強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)中。毫米波雷達(dá)通過(guò)掃描地面反射回來(lái)的微波信號(hào)，生成高精度的地形模型，幫助無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中進(jìn)行障礙物檢測(cè)和避障。

3. 激光雷達(dá)避障技術(shù)

激光雷達(dá)避障技術(shù)則是通過(guò)發(fā)送激光束并接收反射信號(hào)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)系K物的高精度檢測(cè)和距離計(jì)算。激光雷達(dá)具有高精度的距離測(cè)量能力和三維環(huán)境感知能力，能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)提供詳細(xì)的周?chē)h(huán)境信息，確保無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中的安全飛行。激光雷達(dá)的測(cè)距精度和分辨率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)雷達(dá)，因此在無(wú)人機(jī)避障系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1. 高效性

無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)能夠快速感知周?chē)h(huán)境，實(shí)時(shí)獲取障礙物信息，并快速做出避障決策。這使得無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中能夠迅速適應(yīng)和調(diào)整，提高飛行效率和安全性。

2. 精度高

激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)都具有高精度的測(cè)距和定位能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周?chē)系K物的精 確檢測(cè)和距離計(jì)算。這避免了傳統(tǒng)機(jī)械式傳感器易受干擾的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3. 智能化

無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)可以通過(guò)人工智能算法實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化，提高系統(tǒng)的智能化程度和適應(yīng)性。這些算法能夠根據(jù)不同的環(huán)境和任務(wù)需求進(jìn)行自適應(yīng)設(shè)置，確保無(wú)人機(jī)在各種復(fù)雜場(chǎng)景中的安全飛行。

4. 多功能性

無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)可以與其他傳感器和控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種功能。例如，無(wú)人機(jī)可以在避障的同時(shí)進(jìn)行拍照、測(cè)繪、搜救等任務(wù)，提高了系統(tǒng)的綜合性能和應(yīng)用范圍。

無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用

1. 農(nóng)業(yè)植保

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)能夠幫助無(wú)人機(jī)在復(fù)雜的農(nóng)田環(huán)境中準(zhǔn)確避開(kāi)障礙物，如電線(xiàn)桿、樹(shù)木、獨(dú)立墻等，確保農(nóng)藥噴灑的均勻準(zhǔn)確和高效性。同時(shí)，毫米波雷達(dá)還能生成高精度的地形模型，用于制作農(nóng)田圖像和規(guī)劃農(nóng)田路線(xiàn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和精度。

2. 建筑巡檢

在建筑巡檢領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)搭載激光雷達(dá)或毫米波雷達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物表面和周邊環(huán)境的精 確掃描和檢測(cè)。通過(guò)收集到的數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建出建筑物的三維模型，幫助巡檢人員發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患和損壞情況，提高巡檢效率和準(zhǔn)確性。

3. 應(yīng)急救援

在應(yīng)急救援中，無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)能夠幫助無(wú)人機(jī)在復(fù)雜多變的環(huán)境中快速找到目標(biāo)區(qū)域，并避開(kāi)障礙物，確保救援物資和人員的安全送達(dá)。同時(shí)，無(wú)人機(jī)還可以搭載攝像頭等設(shè)備，實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)情況，為救援工作提供有力支持。

4. 物流運(yùn)輸

在物流運(yùn)輸領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)能夠提高無(wú)人機(jī)的自主飛行能力，減少人為操作的風(fēng)險(xiǎn)和成本。通過(guò)精 確感知周?chē)h(huán)境，無(wú)人機(jī)能夠在復(fù)雜的交通環(huán)境中安全飛行，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的貨物配送。

無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)作為保障無(wú)人機(jī)安全飛行的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有高效性、精度高、智能化和多功能性等優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)的發(fā)展中，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，無(wú)人機(jī)避障雷達(dá)技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人們的生活帶來(lái)更多便利和美好。

無(wú)人機(jī)的避障功能在以下場(chǎng)景中具有廣泛的應(yīng)用：

1. 軍事領(lǐng)域：在戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)需要穿越敵方陣地、山區(qū)等復(fù)雜環(huán)境，避障功能可以有效防止無(wú)人機(jī)與障礙物碰撞，提高安全性。
2. 民用領(lǐng)域：在災(zāi)區(qū)救援、消防滅火等領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)需要穿越建筑物、森林等復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行偵查或救援工作，避障功能可以提高無(wú)人機(jī)的安全性和工作效率。
3. 航空攝影領(lǐng)域：在航空攝影中，無(wú)人機(jī)需要拍攝城市、景區(qū)等大型場(chǎng)景，避障功能可以有效避免無(wú)人機(jī)與建筑物等障礙物的碰撞，提高拍攝質(zhì)量。
4. 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域：在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，無(wú)人機(jī)需要噴灑農(nóng)藥、播種等作業(yè)，避障功能可以有效避免無(wú)人機(jī)與樹(shù)木、電線(xiàn)等障礙物的碰撞，提高作業(yè)效率和質(zhì)量。
5. 物流領(lǐng)域：在物流領(lǐng)域中，無(wú)人機(jī)需要配送貨物、快遞等物品，避障功能可以有效避免無(wú)人機(jī)與建筑物、道路等障礙物的碰撞，提高配送效率和安全性。

完善的自主避障系統(tǒng)能夠在很大程度上減少因操作失誤造成的無(wú)人機(jī)損壞、傷及人身、建筑物事故發(fā)生率。

無(wú)人機(jī)避障技術(shù)可分為三個(gè)階段：感知障礙物并停止階段、獲取障礙物深度圖像自主繞開(kāi)階段、建立區(qū)域地圖合理規(guī)劃路徑階段。這幾種避障方式技術(shù)原理不同，因此適用的場(chǎng)景也不同。

感知障礙物并停止階段：當(dāng)無(wú)人機(jī)遇到障礙物的時(shí)候，能夠快速的識(shí)別障礙物并且懸停下來(lái)，等待飛手的指令。

獲取障礙物深度圖像自主繞開(kāi)階段：無(wú)人機(jī)能夠獲取障礙物的深度圖像，并由此精 確感知障礙物的具體輪廓是什么，然后再自主繞開(kāi)。

建立區(qū)域地圖合理規(guī)劃路徑階段：無(wú)人機(jī)能夠?qū)︼w行的區(qū)域建立地圖然后合理規(guī)劃線(xiàn)路。這個(gè)地圖不是機(jī)械平面模型，而是一個(gè)能夠?qū)崟r(shí)更新的三維立體地圖。這是目前無(wú)人機(jī)避障技術(shù)的最 高階段。