[發明專利]無人機上的主動旋轉激光雷達系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202110287557.8
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113156450A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 林德福;鄭章雄;呂軍寧;金忍;王江;莫靂
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S17/86
• 分類號: G01S17/86;G01S17/933;G01S17/89;G01C21/16;B64D43/00;G05D3/12
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 劉冬梅;范國鋒

1.一種無人機上的主動旋轉激光雷達系統，其特征在于，該系統包括安裝在無人機上的轉臺(1)，在所述轉臺上安裝有能夠隨著轉臺旋轉的激光雷達(2)，在所述激光雷達上還固定安裝有IMU模塊(21)。

2.根據權利要求1所述的主動旋轉激光雷達系統，其特征在于，

該系統還包括轉臺控制模塊(3)和位姿解算模塊(4)；

通過所述轉臺控制模塊實時判斷是否需要旋轉轉臺和轉臺的旋轉角度；

通過所述位姿解算模塊實時解算無人機的位姿。

3.根據權利要求2所述的主動旋轉激光雷達系統，其特征在于，

所述轉臺控制模塊實時調取激光雷達實掃描獲得的數據圖像；

在所述轉臺控制模塊中執行如下步驟：

S1，解算數據圖像中每個點的曲率，從中挑取出一定數量的邊緣點和平面點，共同組成數據集；

S2，對數據集做去中心化處理，解算協方差，并通過特征值分解得到特征值和特征向量；

S3，比較特征值大小，并據此判斷此次激光雷達掃描獲得的數據圖像是否可靠，如數據不可靠，解算出轉臺旋轉角度Δθ，并據此控制轉臺旋轉。

4.根據權利要求3所述的主動旋轉激光雷達系統，其特征在于，

在步驟S1中，所述每幀圖像都包括多條掃描線，將每條掃描線分成多個部分，從每個部分中選取曲率最大的兩個點作為邊緣點，再從每個部分中選取曲率最小的四個點作為平面點；

優選地，將每幀圖像分成6個部分。

5.一種裝載有主動旋轉激光雷達的無人機的控制方法，其特征在于：

該方法中，在無人機上安裝轉臺(1)，在轉臺(1)上設置能夠隨著轉臺旋轉的激光雷達(2)，在所述激光雷達上固定安裝IMU模塊(21)；

通過轉臺控制模塊(3)實時解算安裝在無人機上的轉臺的控制指令，

該方法中，還通過位姿解算模塊(4)實時解算無人機的位姿。

6.根據權利要求5所述的裝載有主動旋轉激光雷達的無人機的控制方法，其特征在于：

在所述轉臺控制模塊中執行如下步驟：

S1，解算數據圖像中每個點的曲率，從中挑取出一定數量的邊緣點和平面點，共同組成數據集；

S2，對數據集做去中心化處理，解算協方差，并通過特征值分解得到特征值和特征向量；

S3，比較特征值大小，并據此判斷此次激光雷達掃描獲得的數據圖像是否可靠，如數據不可靠，解算出轉臺旋轉角度Δθ，并據此控制轉臺旋轉。

7.根據權利要求6所述的裝載有主動旋轉激光雷達的無人機的控制方法，其特征在于：

在步驟S3中，通過下式(四)實時判斷數據圖像是否可靠：

其中，當f(λ_y,λ_z)結果為0時，認為數據圖像不可靠，

當f(λ_y,λ_z)結果為1時，認為數據圖像可靠；

優選地，旋轉角度Δθ通過下式(五)獲得：

其中，

u_max表示最大的特征值λ_max對應的特征向量；

逆時針方向為正方向，順時針方向為負方向。