[发明专利]基于LDV/INS组合的车载高程计及其方法

权利要求书

1.一种基于LDV/INS组合的车载高程计，其特征在于：所述车载高程计包括惯性导航系统、激光多普勒测速仪、信号解算单元以及高程信息显示单元；所述惯性导航系统、激光多普勒测速仪均安装在车辆上，

所述惯性导航系统的输出端与信号解算单元电连接，惯性导航系统测量车辆行驶过程中的实时俯仰角，并将测量到的实时俯仰角信息传输给信号解算单元；

所述激光多普勒测速仪的输出端与信号解算单元电连接，激光多普勒测速仪测量车辆行驶过程中的实时速度大小和方向，并将测量到的实时速度信息传输给信号解算单元；激光多普勒测速仪，包括激光器、半透半反镜、光阑、衰减片、反射镜、滤光片以及探测器，所述反射镜上粘接有压电陶瓷，压电陶瓷电连接有压电陶瓷控制器，压电陶瓷控制器用于产生驱动信号作用于压电陶瓷，压电陶瓷在驱动信号的作用下推拉反射镜，压电陶瓷以及压电陶瓷控制器设置用于辨别车辆运动的方向；所述信号解算单元的输出端与高程信息显示单元电连接；信号解算单元根据速度信息以及俯仰角信息解算得到设定的单位时间间隔内车辆上升的高度增量，累加从初始点到待测点之间所有的高度增量，其中初始点的高程信息由惯性导航系统初始对准时获得，最终解算出待测点的高程，最后信号解算单元再将解算出的待测点的高程信息传送至高程信息显示单元进行结果输出。

2.根据权利要求1所述的基于LDV/INS组合的车载高程计，其特征在于：所述惯性导航系统、激光多普勒测速仪均通过固定架固定安装在车辆的外侧面上，且激光多普勒测速仪的激光出口朝向车辆行驶面即地面。

3.根据权利要求1所述的基于LDV/INS组合的车载高程计，其特征在于：还包括卡尔曼滤波器，所述激光多普勒测速仪的输出端与卡尔曼滤波器以及信号解算单元均连接，激光多普勒测速仪将测量到的实时速度信息同时传输给卡尔曼滤波器以及信号解算单元；惯性导航系统的输出端与卡尔曼滤波器以及信号解算单元均连接，卡尔曼滤波器利用激光多普勒测速仪测得的速度信息对惯性导航系统测得的俯仰角进行修正，多普勒测速仪测量到的实时速度信息和修正后的俯仰角信息传输至信号解算单元，用于解算待测点的高程。

4.根据权利要求1所述的基于LDV/INS组合的车载高程计，其特征在于：惯性导航系统采用的是激光陀螺惯性导航系统，其由三个激光陀螺和三个加速度计正交配置而成，将惯性导航系统直接固定在车辆上，即可通过惯性导航系统测量出车辆实时运动的三维角速度和加速度，对三维角速度积分得到其三个姿态角即航向角、横滚角、俯仰角。

5.根据权利要求1所述的基于LDV/INS组合的车载高程计，其特征在于：激光多普勒测速仪中的激光器发出的波长为λ的激光束经半透半反镜分成等光强的两束光；

其中一束光经衰减片后入射到反射镜上，经反射镜再次反射到衰减片进行衰减后入射到半透半反镜，从半透半反镜透射出的光束经滤光片后入射到探测器的光敏面上，作为参考光；

其中另一束光经光阑后入射到地面，其中入射到地面的光束与地面之间的夹角θ即激光发射倾角；地面的一部分散射光会沿原光路返回，即地面的一部分散射光经光阑入射到半透半反镜，从半透半反镜反射出的光束经滤光片入射到到探测器的光敏面上，作为信号光；

参考光和信号光在探测器的光敏面上进行混频，信号光与参考光的频率差即为多普勒频率f_D，通过探测多普勒频率f_D，即可解算出车辆的运动速度。

6.根据权利要求5所述的基于LDV/INS组合的车载高程计，其特征在于：多普勒频率f_D与车辆的运动速度v成正比

其中f_D是多普勒频率，λ是激光波长，θ是激光发射倾角，v是车辆的运动速度；

因此有：