[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

一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，它涉及一種巡航系統，具體涉及一種地形巡航系統，它包含激光雷達模塊、主機控制模塊、飛行控制模塊、定位模塊和飛行監控模塊，所述的激光雷達模塊、飛行控制模塊、定位模塊和飛行監控模塊與主機控制模塊連接，所述的激光雷達模塊包含接收單元、發射單元、和微控制器，所述的主機控制模塊包含飛行控制單元和數據處理單元，所述的飛行控制模塊包含電機驅動單元和無刷直流電機，所述的無刷直流電機連接在電機驅動單元上，所述的飛行監控模塊包含慣性測量單元和空速管，通過搭載的激光雷達裝置實時掃描無人機前方地形之間的距離，并采用PID算法，調整無人機的角度，使無人機依地形自動巡航。

技術領域

本發明涉及無人機技術，具體涉及一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統。

背景技術

目前在勘探領域，通常采用人工訓練的方式進行訓練，所需要的人員和勘探設備較多，巡邏成本很高，在相對成熟的有人飛機進行勘探，其優點在于飛行高度高，速度塊，作業區域廣等特點，但是有人飛機的成本高，對起降條件要求苛刻，不適合一些局部區域進行巡邏勘探。

當前在無人機自動地形巡航技術中，大部分是基于實時圖像采集，而利用圖像與地形匹配計算中，圖像匹配算法復雜度較高，需要高性能的機載計算機，使得無人機系統體積過于龐大、成本高、功耗大、實時性弱。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種基于激光雷達的無人機自動地形巡航系統，它通過搭載的激光雷達裝置實時掃描無人機與前方地形之間的距離，并將測得的數據通過主機控制模塊處理，數據分析采用PID算法，使無人機具有自動地形巡航功能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案是：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。

進一步的，所述的飛行控制單元21與電機驅動單元31電性連接。

進一步的，所述的數據處理單元22連接微控制器13通過串口線連接。

進一步的，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。

進一步的，所述的主機控制模塊2上安裝有自動地形匹配巡航系統，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

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。