[发明专利]无人机上的主动旋转激光雷达系统及其控制方法

权利要求书

1.一种无人机上的主动旋转激光雷达系统，其特征在于，该系统包括安装在无人机上的转台(1)，在所述转台上安装有能够随着转台旋转的激光雷达(2)，在所述激光雷达上还固定安装有IMU模块(21)。

2.根据权利要求1所述的主动旋转激光雷达系统，其特征在于，

该系统还包括转台控制模块(3)和位姿解算模块(4)；

通过所述转台控制模块实时判断是否需要旋转转台和转台的旋转角度；

通过所述位姿解算模块实时解算无人机的位姿。

3.根据权利要求2所述的主动旋转激光雷达系统，其特征在于，

所述转台控制模块实时调取激光雷达实扫描获得的数据图像；

在所述转台控制模块中执行如下步骤：

S1，解算数据图像中每个点的曲率，从中挑取出一定数量的边缘点和平面点，共同组成数据集；

S2，对数据集做去中心化处理，解算协方差，并通过特征值分解得到特征值和特征向量；

S3，比较特征值大小，并据此判断此次激光雷达扫描获得的数据图像是否可靠，如数据不可靠，解算出转台旋转角度Δθ，并据此控制转台旋转。

4.根据权利要求3所述的主动旋转激光雷达系统，其特征在于，

在步骤S1中，所述每帧图像都包括多条扫描线，将每条扫描线分成多个部分，从每个部分中选取曲率最大的两个点作为边缘点，再从每个部分中选取曲率最小的四个点作为平面点；

优选地，将每帧图像分成6个部分。

5.一种装载有主动旋转激光雷达的无人机的控制方法，其特征在于：

该方法中，在无人机上安装转台(1)，在转台(1)上设置能够随着转台旋转的激光雷达(2)，在所述激光雷达上固定安装IMU模块(21)；

通过转台控制模块(3)实时解算安装在无人机上的转台的控制指令，

该方法中，还通过位姿解算模块(4)实时解算无人机的位姿。

6.根据权利要求5所述的装载有主动旋转激光雷达的无人机的控制方法，其特征在于：

在所述转台控制模块中执行如下步骤：

S1，解算数据图像中每个点的曲率，从中挑取出一定数量的边缘点和平面点，共同组成数据集；

S2，对数据集做去中心化处理，解算协方差，并通过特征值分解得到特征值和特征向量；

S3，比较特征值大小，并据此判断此次激光雷达扫描获得的数据图像是否可靠，如数据不可靠，解算出转台旋转角度Δθ，并据此控制转台旋转。

7.根据权利要求6所述的装载有主动旋转激光雷达的无人机的控制方法，其特征在于：

在步骤S3中，通过下式(四)实时判断数据图像是否可靠：

其中，当f(λ_y,λ_z)结果为0时，认为数据图像不可靠，

当f(λ_y,λ_z)结果为1时，认为数据图像可靠；

优选地，旋转角度Δθ通过下式(五)获得：

其中，

u_max表示最大的特征值λ_max对应的特征向量；

逆时针方向为正方向，顺时针方向为负方向。