[实用新型]一种基于无人机的机载激光雷达系统

说明书

本实用新型公开了一种基于无人机的机载激光雷达系统。本实用新型将望远镜模块及若干个无源的激光雷达光学组件设置在光学隔热仓内，设置温度控制模块对整个激光雷达系统的无源光学模块和激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块进行精确有机地温度控制。本实用新型采用储有压缩气体的冷气瓶作为制冷单元的核心组件，对激光雷达无源光学模块进行迅速有效地降温，保证激光雷达核心部件正常工作。冷气瓶内的压缩气体在释放过程中迅速制冷，整个过程完全不消耗激光雷达乃至整个无人机的电池，巧妙地解决了无人机有限的电池供电与激光雷达严格的温控的矛盾。

技术领域

本实用新型涉及激光雷达系统，尤其涉及一种基于无人机的机载激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是一种主动的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光具有高亮度、高方向性、高相干性、高峰值功率的特点。因此，激光雷达具有高角分辨率、高的距离分辨率、高时间分辨率、高测量精度、远探测距离、多目标探测、强抗干扰的优点。继微波雷达之后，激光雷达将辐射源的频率提高到了光频率，比毫米波高出四个数量级，这使之能够探测微小自然目标，如大气中的气溶胶和分子。随着激光技术和光电子学技术的发展，激光雷达已成为重要遥感探测手段。

根据搭载平台不同，激光雷达主要有三种：地基激光雷达，机载激光雷达和星载激光雷达。

地基激光雷达，也常称为地面激光雷达扫描仪，通常用于单一目标或者小尺度精细三维数据的采集。根据地基激光雷达工作方式的不同又可以细分为固定站式激光雷达扫描仪和移动式激光雷达扫描仪。固定站式激光雷达扫描仪以单站扫描、多站拼接的方式实现对整个测区的覆盖；移动式地面激光雷达，以背包式和车载激光雷达系统为代表。然而，地基激光雷达由于布置在地面，测量视野容易被地面障碍物遮挡，导致测量场地受限。

星载激光雷达是以卫星平台为依托进行大尺度三维信息数据的获取。相比于机载激光雷达，星载激光雷达运行轨道高、观测视野广，理论上具备提供全球数据的能力。但是，由于星载激光雷达的轨道高度和发射频率的限制，星载激光雷达的数据密度较低，分辨率很低，难以实现空间上连续的观测。

机载激光雷达是以飞行器为搭载平台，通常用于区域尺度三维信息数据的快速获取。目前机载激光雷达主要搭载的飞行器平台有航天器、飞机、汽艇、动力三角翼、无人机等，飞机平台和无人机平台是其中两个典型的代表。

本实用新型的实用新型人发现：飞机体积庞大、价格高昂，且不能悬停测量；另外，搭载在飞机的激光雷达只能自上而下测量，且测量曲线为沿飞机一直线。而无人机体积小，成本低，且可悬停在不同高度，利用无人机自身姿态控制，可对大气进行PPI扫描，在不同高度处，给出目标物的场分布。因此，无人机机载激光雷达具有测量视场大、可定点定向观测扫描的优点。

但是，本实用新型的实用新型人发现：无人机体积小，重量轻，且无人机在空中运行依靠电池供电，因此，无人机对负载的重量和用电量都有严格的限制。以大疆某型号无人机为例：最大起飞重量3600g，电池容量5700mAh，无负载悬停时间：20-40分钟。可见，无人机有负载时，电池消耗更快，悬停时间明显缩短。