[发明专利]一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种适用于无人机测高定姿的激光传感器，包括发射镜头、第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管、第三脉冲激光二极管、3通道并行驱动电路、时序控制电路、激光回波接收镜头、第一光电转换器、第二光电转换器、第三光电转换器、3通道并行信号放大与鉴别电路、3路并行高精度时间‑数字转换电路、高度计算与姿态确定模块。本发明利用上述装置得到无人机与三个地面参考位置间的距离信息，基于空间几何及解析几何理论通过专设算法，得到无人机的高度和飞行姿态信息，克服了现有技术测量误差大、计算结果延迟高和算力要求高编程复杂等局限性，具有装置小、稳定性和实时性强、测量分辨率高、功耗低和算力要求低等优势。

技术领域

本发明涉及无人机控制、激光探测、信号处理、导航技术领域，具体而言涉及一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法。

背景技术

在近些年来，无人机在军事，民用，科研等领域逐渐有了十分广泛的应用，特别是旋翼无人机，具有体积小，结构简单，控制方便等特点，可以在狭小的空间内执行复杂的任务。

旋翼无人机是一个典型的欠驱动系统，具有多变量、强耦合、非线性等特性的系统，而且涉及学科众多，领域十分广泛，飞行过程中状态复杂。综合上述问题，旋翼无人机的测高以及定姿具有很大的困难。

现有的无人机测高传感器系统多是利用传统的GPS，气压计，加速度计等传感器读取高度数据。然而这些传统的传感器本身的一些弊端在旋翼无人机这个需要高精度和实时性的系统中暴露得尤为明显。气压计的测量会受到大气波动影响，这导致气压计的测量值会出现较大误差波动，GPS是被动定位的，会受到GPS系统的关闭影响出现故障，加速度计随测量时间的加长会出现积分漂移的现象。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法，能够克服现有技术测量误差大、计算结果延迟高和算法编程复杂等局限性，具有稳定性强、测量分辨率高、实时性强和算法简单等优势。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种适用于无人机测高定姿的激光传感器，所述激光传感器安装在无人机上。

所述激光传感器包括发射镜头、第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管、第三脉冲激光二极管、3通道并行驱动电路、时序控制电路、激光回波接收镜头、第一光电转换器、第二光电转换器、第三光电转换器、3通道并行信号放大与鉴别电路、3路并行高精度时间-数字转换电路、高度计算与姿态确定模块。

所述第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管与3通道并行驱动电路相连。

所述第一光电转换器、第二光电转换器和第三光电转换器均与3通道并行信号放大与鉴别电路的输入端相连；3通道并行信号放大与鉴别电路的输出端与3路并行高精度时间-数字转换电路的输入端相连；3路并行高精度时间-数字转换电路的输出端和高度计算与姿态确定模块相连。

所述时序控制电路与3通道并行驱动电路、3路并行高精度时间-数字转换电路和高度与姿态计算模块相连。

所述第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管位于发射镜头的焦平面内，且以发射镜头的焦点为中心呈等边三角形分布。

所述第一光电转换器、第二光电转换器和第三光电转换器位于激光回波接收镜头的焦平面内，且其通过激光回波接收镜头形成的接收视场分别覆盖由第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管通过发射镜头形成的发射视场。