[發明專利]一種無人機巡檢高精度測距方法在審
| 申請號： | 202210646132.6 | 申請日： | 2022-06-09 |
| 公開（公告）號： | CN115032645A | 公開（公告）日： | 2022-09-09 |
| 發明（設計）人： | 戴永東;王茂飛;王神玉;鞠玲;毛鋒;方成;張韌;周燚 | 申請（專利權）人： | 國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司 |
| 主分類號： | G01S17/36 | 分類號： | G01S17/36;G01S7/497;B64C39/02 |
| 代理公司： | 武漢強知知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42303 | 代理人： | 張煒平 |
| 地址： | 225309*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 無人機 巡檢 高精度 測距 方法 | ||
1.一種無人機巡檢高精度測距方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟1、配置激光測距及校正系統
包括設置于無人機上的激光器(1)、第一分光器(2)、第二分光器(3)、環形器(4)、相干探測器(5)、馬赫曾德爾干涉儀(6)、采集器(8)；
激光器(1)用于產生可調制的激光信號，激光信號經由第一分光器(2)分光成探測信號和輔助信號；探測信號經過第二分光器(3)分光成測量信號和干涉信號，測量信號經過環形器(4)照射至待測目標，反射光信號返回環形器(4)后得到反射信號，反射信號與干涉信號相干后由相干探測器(6)采集得到測量信號；輔助信號經由馬赫曾德爾干涉儀(6)后得到校正信號；測量信號和校正信號由采集器(8)采集；
步驟2、建立測距和校正系統運算模型
由光頻調制和信號干涉的基本原理，得到
探測信號的電場表達：E1(t)＝H1cos[2πfst+πvt2+θ0(t)]
反射信號的電場表達：E2(t)＝H2cos[2πfs(t-δ2)+πv(t-δ2)2+θ0(t)]
測量信號是由探測信號和反射信號相干得到的干涉信號，校正信號是由輔助信號經過馬赫曾德爾干涉儀(6)后得到的干涉信號，基于光電平方律可得：
校正信號的電流表達：I3(t)＝H3cos[2πf(t)δ3]
測量信號的電流表達：I4(t)＝H4cos[2πf(t)δ4]
式中，f(t)＝fs+v1t+v2t2+v3t3為采樣時刻；H1為探測電場幅度；H2為反射電場幅度；為調頻速度，fe為最終激光調制頻率，fs為初始激光調制頻率，T為調頻周期；δ2(t)為反射信號延時；θ0為初始相位；μ為干涉效率；H3為校正信號幅度；H3為測量信號幅度；δ3為校正信號延時；δ4為測量信號延時；
步驟3、運算模型的分解簡化
利用多項式擬合光頻調制的瞬時速度，簡化后得到由激光器輸出的電場表達：
式中，vi為調制速度的i次系數，i＝1、2、3；f(t)為調制瞬時光頻；
同理，得到反射信號電場表達和測量信號的電流表達：
考慮到無人機巡檢過程中，被測對象與無人機的距離一般在百米以內，遠小于光速，則可以忽略在相應空間內的延時，則測量信號的電場表達可簡化為：
則I′4(t)＝cos[2πδ4f(t)]；
測量信號的相位可表達為：θ4(t)＝2πf(t)δ4；
步驟4、基于簡化后運算模型的校正
考慮調制速度并非恒定不變，探測信號和反射信號的電場表達可轉寫為：
E′1(t)＝H1cos[2πfs(t-δ1)+πv(t-δ1)2+θ0(t)]
E′2(t)＝E′1(t-δ2)
基于光電平方律，在過濾信號內的直流信號以及不可測信號后得到測量信號的修正電流表達：
I4＝H4cos[2πfsδ4+2πv(t)δ4t]＝H4cos[2πδ4[fs+v(t)t]＝H4cos[2πδ4f(t)]；
同理可得校正信號的修正電流表達：I3＝H3cos[2πδ3f(t)]；
以校正信號波峰和波谷的時間點作為采樣時刻對測量信號進行二次采樣，則相鄰采樣點對應的頻率間隔為相鄰采樣點對應的相位間隔為Δθ＝π；
則二次采樣時刻f(t)滿足2πδ3f(t)＝π·N,N＝1,2,3...；有
代入后得到二次采樣后測量信號的修正電量表達：
得到基于二次采樣的頻率信息的修正測量距離表達：
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