[实用新型]一种基于激光雷达的无人机自动地形巡航系统

说明书

一种基于激光雷达的无人机自动地形巡航系统，它涉及一种巡航系统，具体涉及一种地形巡航系统，它包含激光雷达模块、主机控制模块、飞行控制模块、定位模块和飞行监控模块，所述的激光雷达模块、飞行控制模块、定位模块和飞行监控模块与主机控制模块连接，所述的激光雷达模块包含接收单元、发射单元、和微控制器，所述的主机控制模块包含飞行控制单元和数据处理单元，所述的飞行控制模块包含电机驱动单元和无刷直流电机，所述的无刷直流电机连接在电机驱动单元上，所述的飞行监控模块包含惯性测量单元和空速管，通过搭载的激光雷达装置实时扫描无人机前方地形之间的距离，并采用PID算法，调整无人机的角度，使无人机依地形自动巡航。

技术领域

本实用新型涉及无人机技术，具体涉及一种基于激光雷达的无人机自动地形巡航系统。

背景技术

目前在勘探领域，通常采用人工训练的方式进行训练，所需要的人员和勘探设备较多，巡逻成本很高，在相对成熟的有人飞机进行勘探，其优点在于飞行高度高，速度块，作业区域广等特点，但是有人飞机的成本高，对起降条件要求苛刻，不适合一些局部区域进行巡逻勘探。

当前在无人机自动地形巡航技术中，大部分是基于实时图像采集，而利用图像与地形匹配计算中，图像匹配算法复杂度较高，需要高性能的机载计算机，使得无人机系统体积过于庞大、成本高、功耗大、实时性弱。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种基于激光雷达的无人机自动地形巡航系统，它通过搭载的激光雷达装置实时扫描无人机与前方地形之间的距离，并将测得的数据通过主机控制模块处理，数据分析采用PID算法，使无人机具有自动地形巡航功能。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案是：它包含激光雷达模块1、主机控制模块2、飞行控制模块3、定位模块4和飞行监控模块5，所述的激光雷达模块1与主机控制模块2连接，所述的飞行控制模块3与主机控制模块2连接，所述的定位模块4与主机控制模块2块连接，所述的飞行监控模块5与主机控制模块2连接，所述的激光雷达模块1包含接收单元11、发射单元12、和微控制器13，所述的接收单元11、发射单元12和与微控制器13连接，所述的主机控制模块2包含飞行控制单元21和数据处理单元22，所述的飞行控制模块3包含电机驱动单元31和无刷直流电机32，所述的无刷直流电机32连接在电机驱动单元31上，所述的飞行监控模块5包含惯性测量单元51和空速管52。

进一步的，所述的飞行控制单元21与电机驱动单元31电性连接。

进一步的，所述的数据处理单元22连接微控制器13通过串口线连接。

进一步的，所得定位模块4、惯性测量单元51和空速管52与数据处理单元22通过串口线连接。

进一步的，所述的主机控制模块2上安装有自动地形匹配巡航系统。

本实用新型的工作原理：本实用新型通过无人机搭载激光雷达装置，利用激光雷达发射两束不同方向的激光脉冲，其中一个激光脉冲用于测量无人机与底面的飞行高度H，另外一个激光脉冲用于测量无人机与前方地形的直线距离D,其中H与D为固定夹角β，无人机在正常飞行过程中，通过位于无人机激光雷达模块1内的微控制器13实时采集上H、D两者数据，采集的数据通过串口通信线发送至主机控制模块2，主机控制模块2调用内置的自适应地形控制的PID算法，对数据进行计算，当无人机在正常飞行时，无人机下方地形的倾斜角度为α，当无人机飞行前方监测地形为上坡地形时，α角将逐渐变小，为减少误差，取平均倾斜角度为使α₀保持恒定值，运用PID调节方式，此时公式中输入数值增大，系统将调节无人机飞行控制模块，使无人机逐渐将相对于上坡地形平行飞行，使α角逐渐增大并恢复至α₀，同理，当无人机飞行前方监测地形为下坡地形时，α角将逐渐变大，系统将通过 PID调节方式，调节无人机飞行控制模块，使无人机将相对于下坡地形平行飞行，使α角逐渐减小并恢复至α₀，从而使得，无人机在飞行过程中能跟随地形起伏自动调节飞行姿态。