所谓无人机自动避障功能（Obstacle Avoidance），就是无人机飞行器在自动飞行的过程中遇到障碍物的时候，通过自动提前识别、有效规避障碍物，达到安全飞行的效果。
基于航空物探作业（包括航磁及航放测量作业）的航空飞行平台改装，要求飞行器具备良好的低空避障能力，以应对飞行器在超低空飞行时可能遇到的剧烈起伏地形及各种动力线、高压线铁塔、桅杆、天线拉线等小型不可预知障碍物。
目前彩虹系列无人机装备的机载测距仪、传感器均无法做到预先发现危险物并提供障碍物信息。同时，基于视觉的避障策略无法在夜间和恶劣天气条件下为无人机避障提供帮助。为保证彩虹系列无人机飞行平台在物探等超低空作业中的飞行安全，研制装备高效可行的自主避障系统显得尤为迫切。
一、避障设备选型
1.微波雷达智能商用豆浆机
传统意义上应用于雷达系统的电磁波，以工作频率划分为若干的波段，由低到高的顺序是：高频（HF）、甚高频（VHF）、超高频（UHF）、L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、K波段和Ka波段等。非相控阵单雷达条件下，高频(短波长)的波段一般定位更准确，但作用范围短；低频(长波)的波段
表1雷达频段划分
硅胶海绵条
米波的频率范围在300MHz–3GHz，主要用于通讯和电视广播；
厘米波的频率范围在3GHz–30GHz，主要用于雷达、卫星通讯，无线电导航；
毫米波的频率范围在30GHz–300GHz，用于卫星通讯。
雷达波段(radar frequency band)指雷达发射电波的频率范围。其度量单位是赫兹(Hz)或周/秒(C/s)。大多数雷达工作在超短波及微波波段，其频率范围在30~300000兆赫，相应波长为10米至1毫米，包括甚高频(VHF)、特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)4个波段。在1GHz频率以下，由于通信和电视等占用频道，频谱拥挤，一般雷达较少采用，只有少数远程雷达和超视距雷达采用这一频段。高于15吉赫频率时，空气水分子吸收严重；高于30吉赫时，大气吸收急剧增大，雷达设备加工困难，接收机内部噪声增大，只有少数毫米波雷达工作在这一频段。
在实际应用中，选用的电磁波频率越高，其穿透性越差，空间损耗（大气中水蒸气和氧造成的损耗）越大，但精度会更高；反之，相对低频的电磁波（例如微波）在空气中损耗较低，发射和接收角度大，且传输距离远，在军事和民用发面得到广泛应用。
激光雷达，英文全称为Light Detection And Ranging，简称LiDAR，是一种集激光，全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）三种技术于一身的系统，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，可用于获得数据并生成精确的DEM（数字高程模型）。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑，测距精度可达厘米级，激光雷达最大的优势就是“精准”和“快速、高效作业”。
从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。
激光雷达运作时，只需进行非接触扫描可以在短时间内获取物体和环境空间点的三维数据和信息，由于收集的数据是以点的形式组成，所以这些数据被称作点云数据，其最大的特点是可以进行后期的处理，依靠获取的数据便能够建立完整的三维立体模型，而如今随着商用GPS及IMU （惯性测量单元）的发展，通过LIDAR从移动平台上（比如在飞机、机器人上）获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。
3.超声波声呐传感器
超声波传感器基于频率高于20KHz的超声波发展而成，其方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，是一种较常见的低成本测距探测器。然而，超声波传感器具有以下缺点，限制了其在中大型无人机避障中的应用：
1）检测角度太小；
2）在部分场景也会受到声波的影响；
3）超声波避障依赖于物体表面的发射能力，当遭遇反射能力不足的物体时，避障系统的安全性就会极大降低；
4）超声波的有效距离仅为5米。
4.避障雷达选型打塞机
相较微波雷达及超声波探测器，激光成像雷达在飞机尤其是无人机的自主避障应用上具备极大地优势。
表2雷达类型比较
1)激光雷达的优势
扫描型激光雷达具有高的角分辨率，能实时形成这些障碍物有效的影像，发现飞机航线上的
危险的障碍物，为飞行器提供适当的预警。选用适当频段的激光发射器，能够确保激光雷达不论白天、黑夜及天气的好坏都能正常工作。通过适当的激光点云数据采集、分析和建模，能对各种障碍物进行实时探测、分类，从而为无人机飞控的实时避障策略提供依据。
与普通微波雷达相比，激光雷达由于使用的是激光束，工作频率较微波高了许多，因此带来了很多特点，主要有：
（1）分辨率高
激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标(这是微波雷达无论如何也办不到的)，并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高，意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高，是激光雷达的最显著的优点，其多数应用都是基于此。
（2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强
激光直线传播、方向性好、光束非常窄，只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小，可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强，适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。
（3）低空探测性能好
微波雷达由于受各种地物回波反射回来的能量干扰，低空存在有一定区域的盲区(无法探测的区域)。而对于激光雷达来说，只有被照射的目标才会产生反射，完全不存在地物回波的影响，因此可以"零高度"工作，低空探测性能较微波雷达强了许多。
（4）体积小、质量轻
电机传动
通常普通微波雷达的体积庞大，整套系统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至几十米。而激光雷达就要轻便、灵巧得多，发射望远镜的口径一般只有厘米级，整套系统的质量最小的只有几十公斤，架设、拆收都很简便。而且激光雷达的结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格也较低。
2)激光雷达的缺点
首先，工作时受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远。而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。如工作波长为10.6μm的co2激光，是所有激光中大气传输性能较好的，在坏天气的衰减是晴天的6倍。地面或低空使用的co2激光雷达的作用距离，晴天为10-20km，而坏天气则降至1km以内。而且，大气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。
其次，由于激光雷达的波束极窄，在空间搜索目标非常困难，直接影响对非合作目标的截获概率和探测效率，只能在较小的范围内搜索、捕获目标。
另外，激光雷达技术复杂、研制周期长，设备昂贵，因此要发展它不仅需要有关的高级专门人才，还要有雄厚的经济基础。
激光雷达发出的激光束具有较高能量，对人的防护是道难题。
激光雷达通常体积庞大而笨重，使用中需要经常调试。
二、机载前视激光成像雷达
1．障碍回避激光雷达发展现状
大功率同轴固定衰减器许多国家在研制直升机用的障碍回避激光雷达。美国罗斯洛普·格鲁曼公司与陆军通信电子司令部夜视和电子传感器局联合研制直升机超低空飞行用的障碍回避系统。该系统使用半导体激光发射机和旋转全息扫描器，探测直升机前很宽的范围，可将障碍信息显示在平视显示器或头盔显示器上。该激光雷达系统已在两种直升机上进行了试验。
在美国陆军夜视和电子传感器处的指导下，作为陆军直升机障碍回避系统计划的一部分，Fibertek公司研制了直升机激光雷达系统，用于探测电话线、动力线之类的障碍。该激光雷达由传感器吊舱和电子装置组成，是使用二极管泵浦1.54(m固体激光器。吊舱中安装固体激光二极管发射机、接收机、旋转全息扫描器和支持系统。电子装置由计算机、数据和视频记录器、定时电子系统、功率调节器、制冷系统和控制面板组成。该激光雷达系统安装在UH-1H直升机上。
德国戴姆勒-奔驰宇航公司按照联邦防卫技术和采办办公室的合同，研制了Hellas障碍探测激光雷达。该激光雷达是1.54(m成像激光雷达，视场为32o(32o，能探测距离300～500m的、直径1cm以上的电线和其他障碍物（取决于角度和能见度）。1999年1月德国联邦边防军为新型EC-135和EC-155直升机订购25部Hellas障碍探测激光雷达。
德国达索电子技术（dassault Electronique）公司和英国马可尼公司联合研制了Clara激光雷达。这种吊舱载激光雷达采用CO2激光器，能探测标杆和电缆之类障碍，并具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示功能，可用于飞机和直升机。
德国达索电子技术公司、蔡司电光公司和英国GEC-马可尼航空电子公司、马可尼SpA公司联合研制的Eloise CO2激光雷达，是另一种直升机载障碍报警系统，可提前10s提供前方有5mm电缆的报警，不但能探测标杆和电缆之类的障碍，还具有地形跟踪、目标测距和指示、活动目标指示等功能，使直升机能在恶劣气候条件下作战飞行。
马可尼SpA公司还提供自行研制的Loam障碍回避系统。该系统使用人眼安全激光技术，探测电线、树木、桅杆等障碍。飞行员接收视觉和声音报警，显示器显示障碍的形状、位置、方位和距离。机载前视激光雷达通过测距得到前方距离像，得到的距离像通过整合得出飞行器前方障碍物的形状、高度、宽度等信息，由此推导出前视三维障碍物信息，并根据此信息及飞行器此时的惯导数据和姿态信息，推导出针对无人机的避障策略及算法。
2．激光成像雷达结构
表3机载前视激光成像雷达参数
激光雷达主要有三部分组成，即传感器头，扫描器及信号与数据处理器。
传感器头的核心是激光器组件与探测器组件，前者包括两台CO2激光器，一台提供脉冲发射光束；需选用具有良好的穿透烟、雾的特性且不受阳光影响的工作波长，传感器采用大视场。另一台是小功率本机振荡器，用于与回波进行外差相干。而探测器组件则为宽波段红外探测器上光学元件的组合，并采用超低温冷却，以减小量子噪声，提高探测灵敏度。探测器将光信号转换为电信号，
送往信号处理器进行处理，扫描器的核心是陀螺稳定的双反射镜及其他可旋转光学部件，要求能适应不同的工作模式。在障碍物告警模式下，首先要到目标的大致方位，因而无需很多的分辨率，但必须有较大的扫描视场；与此相反，在瞄准模式下，目标的大致位置已知，因此无需很大的扫描视场，但要求有很高的距离和视角分辨率，并能以高精度跟踪所选目标。
3.研究内容
1)激光器及探测器
2)扫描器
3)高精度的处理采集，激光点云数据管理、分析和建模的平台软件以及基于激光雷达数据的应用
网眼袋等软件
