[發明專利]一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統

在審

• 申請號: 202011521443.7
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112650266A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 蔡智勇;溫穩源;劉波;張瑞芬;徐育福
• 申請（專利權）人: 福建智達力勝電力科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G01S17/933;G05D1/10
• 代理公司: 南京鼎傲知識產權代理事務所(普通合伙) 32327
• 代理人: 劉煥敏

1.一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，其特征在于：它包含激光雷達模塊(1)、主機控制模塊(2)、飛行控制模塊(3)、定位模塊(4)和飛行監控模塊(5)，所述的激光雷達模塊(1)與主機控制模塊(2)連接，所述的飛行控制模塊(3)與主機控制模塊(2)連接，所述的定位模塊(4)與主機控制模(2)塊連接，所述的飛行監控模塊(5)與飛行控制模塊(2)連接，所述的激光雷達模塊(1)包含接收單元(11)、發射單元(12)、和微控制器(13)，所述的接收單元(11)、發射單元(12)和與微控制器(13)連接，所述的主機控制模塊(2)包含飛行控制單元(21)和數據處理單元(22)，所述的飛行控制模塊(3)包含電機驅動單元(31)和無刷直流電機(32)，所述的無刷直流電機(32)連接在電機驅動單元(31)上，所述的飛行監控模塊(5)包含慣性測量單元(51)和空速管(52)。

2.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，其特征在于：所述的飛行控制單元(21)與電機驅動單元(31)電性連接。

3.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，其特征在于：所述的數據處理單元(22)連接微控制器(13)通過串口線連接。

4.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，其特征在于：所得定位模塊(4)、慣性測量單元(51)和空速管(52)與數據處理單元(22)通過串口線連接。

5.根據權利要求1所述的一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，其特征在于：所述的主機控制模塊(2)上安裝有自動地形匹配巡航系統。

6.根據權利要求5所述的一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，其特征在于：所述的自動地形匹配巡航系統的運行步驟為：

1)地形數據采集，通過安裝于無人機上的激光雷達實時采集無人機與地面的垂直高度H和無人機與前方地形的直線距離D，H與D的夾角為激光測距單元中設定好的角度β，無人機正常水平飛行時，取其水平方向與H夾角為α₀；

2)地形數據處理，將所述步驟1)采集的數據，根據三角函數公式：

計算出無人機下方地形起伏的傾斜角度α，根據隨機誤差理論，取平均傾斜角度

3)自適應地形控制，運用PID算法，根據公式

式中為平均傾斜角度關于時間t的函數，對式(a)進行拉普拉斯變換得，由傳遞函數公式得，

利用公式(c)作為PID公式的傳遞函數，以無人機飛行控制模塊為受控對象，以輸入平均傾斜角度為PID公式的輸入參數，通過的PID調節作用，使α₀始終保持恒定。