[發(fā)明專利]一種適用于無人機(jī)測高定姿的激光傳感器及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910510937.6
• 申請日: 2019-06-13
• 公開（公告）號: CN110244308B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田倚和;陳志富
• 申請（專利權(quán)）人: 南京拓曼思電氣科技有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01C11/30
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發(fā)明公開了一種適用于無人機(jī)測高定姿的激光傳感器，包括發(fā)射鏡頭、第一脈沖激光二極管、第二脈沖激光二極管、第三脈沖激光二極管、3通道并行驅(qū)動電路、時序控制電路、激光回波接收鏡頭、第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器、第三光電轉(zhuǎn)換器、3通道并行信號放大與鑒別電路、3路并行高精度時間?數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、高度計算與姿態(tài)確定模塊。本發(fā)明利用上述裝置得到無人機(jī)與三個地面參考位置間的距離信息，基于空間幾何及解析幾何理論通過專設(shè)算法，得到無人機(jī)的高度和飛行姿態(tài)信息，克服了現(xiàn)有技術(shù)測量誤差大、計算結(jié)果延遲高和算力要求高編程復(fù)雜等局限性，具有裝置小、穩(wěn)定性和實(shí)時性強(qiáng)、測量分辨率高、功耗低和算力要求低等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)控制、激光探測、信號處理、導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種適用于無人機(jī)測高定姿的激光傳感器及其工作方法。

背景技術(shù)

在近些年來，無人機(jī)在軍事，民用，科研等領(lǐng)域逐漸有了十分廣泛的應(yīng)用，特別是旋翼無人機(jī)，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便等特點(diǎn)，可以在狹小的空間內(nèi)執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。

旋翼無人機(jī)是一個典型的欠驅(qū)動系統(tǒng)，具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性等特性的系統(tǒng)，而且涉及學(xué)科眾多，領(lǐng)域十分廣泛，飛行過程中狀態(tài)復(fù)雜。綜合上述問題，旋翼無人機(jī)的測高以及定姿具有很大的困難。

現(xiàn)有的無人機(jī)測高傳感器系統(tǒng)多是利用傳統(tǒng)的GPS，氣壓計，加速度計等傳感器讀取高度數(shù)據(jù)。然而這些傳統(tǒng)的傳感器本身的一些弊端在旋翼無人機(jī)這個需要高精度和實(shí)時性的系統(tǒng)中暴露得尤為明顯。氣壓計的測量會受到大氣波動影響，這導(dǎo)致氣壓計的測量值會出現(xiàn)較大誤差波動，GPS是被動定位的，會受到GPS系統(tǒng)的關(guān)閉影響出現(xiàn)故障，加速度計隨測量時間的加長會出現(xiàn)積分漂移的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種適用于無人機(jī)測高定姿的激光傳感器及其工作方法，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)測量誤差大、計算結(jié)果延遲高和算法編程復(fù)雜等局限性，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、測量分辨率高、實(shí)時性強(qiáng)和算法簡單等優(yōu)勢。

為達(dá)成上述目的，結(jié)合圖1，本發(fā)明提出一種適用于無人機(jī)測高定姿的激光傳感器，所述激光傳感器安裝在無人機(jī)上。

所述激光傳感器包括發(fā)射鏡頭、第一脈沖激光二極管、第二脈沖激光二極管、第三脈沖激光二極管、3通道并行驅(qū)動電路、時序控制電路、激光回波接收鏡頭、第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器、第三光電轉(zhuǎn)換器、3通道并行信號放大與鑒別電路、3路并行高精度時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、高度計算與姿態(tài)確定模塊。

所述第一脈沖激光二極管、第二脈沖激光二極管和第三脈沖激光二極管與3通道并行驅(qū)動電路相連。

所述第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器和第三光電轉(zhuǎn)換器均與3通道并行信號放大與鑒別電路的輸入端相連；3通道并行信號放大與鑒別電路的輸出端與3路并行高精度時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連；3路并行高精度時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸出端和高度計算與姿態(tài)確定模塊相連。

所述時序控制電路與3通道并行驅(qū)動電路、3路并行高精度時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和高度與姿態(tài)計算模塊相連。

所述第一脈沖激光二極管、第二脈沖激光二極管和第三脈沖激光二極管位于發(fā)射鏡頭的焦平面內(nèi)，且以發(fā)射鏡頭的焦點(diǎn)為中心呈等邊三角形分布。

所述第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器和第三光電轉(zhuǎn)換器位于激光回波接收鏡頭的焦平面內(nèi)，且其通過激光回波接收鏡頭形成的接收視場分別覆蓋由第一脈沖激光二極管、第二脈沖激光二極管和第三脈沖激光二極管通過發(fā)射鏡頭形成的發(fā)射視場。