CN213813956U - 用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置。该用于中长航时无人机的智能接口及安全防护装置包括无人机数据智能接口，用于获取无人机在飞行过程中的动态飞行参数和无人机惯导参数，并通过无人机供电系统对激光雷达进行供电；安全防护系统，用于在无人机发生非正常飞行或者非正常事件情况时，根据所获取的以上参数数据触发激光雷达安全防护，对正常运行、关机、断电三种状态进行智能判断。本申请解决了中长航时无人机在挂载设备时无法高效处理飞行数据且保证激光雷达数据稳定采集的技术问题。通过本申请实现了激光雷达在中长航时无人机上的智能转接、安全防护挂载。

Description

用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防 护装置

技术领域

本申请涉及无人机领域，具体而言，涉及一种用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置。

背景技术

长航时无人驾驶飞机，是续航时间在8h以上的无人驾驶飞机。

通过在长航时无人驾驶飞机挂载相应的设备，能够实现相关的执行侦察和传感任务。

针对相关技术中的长航时无人机在挂载设备时无法高效处理飞行数据且保证激光雷达数据稳定采集的技的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种用于中长航时无人机搭载机载激光雷达的智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置，以解决激光雷达数据传输及激光雷达挂载在中长航时无人机上时数据采集稳定性的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种用于中长航时无人机搭载机载激光雷达的智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置。

根据本申请的用于中长航时无人机搭载机载激光雷达的智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置包括：无人机数据智能接口，用于获取无人机在飞行过程中的动态飞行参数和无人机惯导参数，其中，所述动态飞行参数通过无人机数据接口返回的信号获得；安全防护系统，用于在无人机发生非正常飞行或者非正常事件情况时，根据所述动态飞行参数和无人机惯导参数触发安全防护，以使激光雷达正常作业且飞行过程无人机的云台稳定。

进一步地，所述安全防护系统包括：第一控制模块，用于接收并传输对所述激光雷达系统的控制指令，其中，所述控制指令用于控制所述非正常飞行或者所述非正常事件，所述非正常飞行包括无人机飞行过程中的飞行角度、飞行位置、飞行方向的非正常飞行，所述非正常事件包括无人机的电流或者温度超出阈值的事件；第二控制模块，用于接收并传输对所述激光雷达系统的状态指令，其中，所述状态指令用于反馈所述非正常飞行或者所述非正常事件的处理结果；第三控制模块，用于接收并解析无人机的实时位置数据，并控制所述激光雷达系统。

进一步地，所述智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置还包括：电源管控模块，所述电源管控模块，用于根据所述状态指令切断无人机的电源进行断电保护以及对所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块进行供电或断电。

进一步地，所述第一控制模块，用于根据控制指令在所述非正常飞行或者所述非正常事件发生时进行飞行过度倾斜保护。

进一步地，所述第一控制模块，用于根据控制指令在所述非正常飞行或者所述非正常事件发生时飞行过角度保护。

进一步地，所述无人机数据智能接口包括：机载激光接口，所述机载激光系统，用于对地扫描并存储激光雷达扫描的原始波形数据；接收并解析对激光雷达的控制指令，并执行相应动作指令；生成激光雷达的状态指令，并发送给所述安全防护系统。

进一步地，所述无人机数据智能接口包括：机载惯性导航接口，所述机载惯性导航系统，用于将实时位置数据发送给所述安全防护系统；将原始GNSS数据实时传输给所述安全防护系统；将原始IMU数据实时传输给所述安全防护系统。

进一步地，所述无人机数据智能接口包括：机载航拍接口，所述机载航拍系统，用于在指定的航摄点控制正射相机自动拍照，获得航摄影像。

进一步地，所述安全防护系统通过无人机的通信数据链路与地面系统进行实时通信，以使无人机在执行飞行作业时在目标地域按照预设航线飞行。

进一步地，还搭载激光雷达系统，所述激光雷达系统至少包括：一激光器、一惯导及一相机，所述激光器、所述惯导及所述相机通过集成一体化设计于激光雷达系统中。

在本申请实施例中，通过无人机数据智能接口，用于获取无人机在飞行过程中的动态飞行参数和无人机惯导参数，并通过无人机供电系统对激光雷达进行供电，其中，所述动态飞行参数通过无人机数据接口返回的信号获得；安全防护系统，用于在无人机发生非正常飞行或者非正常事件情况时，根据所获取的以上参数数据触发激光雷达安全防护，对正常运行、关机、断电三种状态进行智能判断。达到了对无人机飞行的安全控制的目的，从而实现了在无人机的有效挂载能力下高效处理处理的同时能够保证无人机飞行安全的技术效果，进而解决了中长航时无人机在挂载设备时无法高效处理飞行数据且保证无人机飞行安全的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的用于中长航时无人机的控制系统结构示意图；

图2是根据本申请一可选实施例的用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置结构示意图；

图3是根据本申请一可选实施例的用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置结构示意图

图4是根据本申请一可选实施例的用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置结构示意图；

图5是根据本申请一可选实施例的挂载结构示意图；

图6是根据本申请一可选实施例的挂载结构示意图；

图7是根据本申请一可选实施例的用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置的实现终端示意图；

图8是根据本申请一可选实施例的用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本申请实施例中的用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置，包括：无人机数据智能接口100，用于获取无人机在飞行过程中的动态飞行参数和无人机惯导参数，并通过无人机供电系统对激光雷达进行供电，其中，所述动态飞行参数通过无人机数据接口返回的信号获得；安全防护系统200，用于在无人机发生非正常飞行或者非正常事件情况时，根据所述动态飞行参数触发安全防护，以使激光雷达正常作业且飞行过程无人机的云台稳定。所述无人机数据智能接口100获取无人机在执行飞行任务的过程的动态飞行参数，所述动态飞行参数包括但不限于飞行高度，相对于起飞点的距离、起飞点即GPS原点，飞行速度、飞行状态、GPS信号参数、遥控信号信号参数、相机参数、云台情况参数等。所述动态飞行参数是通过无人机数据接口返回的信号获得。通过所述安全防护系统200在无人机发生非正常飞行或者非正常事件情况时，根据所述动态飞行参数无人机惯导参数触发安全防护，从而保证所述激光雷达正常作业且飞行过程无人机的云台稳定。所述安全防护系统200还用于对正常运行、关机、断电三种状态进行智能判断。需要注意的是，无人机的智能接口通常用于安装、固定摄像机等任务载荷的支撑设备。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

通过无人机数据智能接口，用于获取无人机在飞行过程中的动态飞行参数和无人机惯导参数，其中，所述动态飞行参数通过无人机数据接口返回的信号获得；安全防护系统，用于在无人机发生非正常飞行或者非正常事件情况时，根据所获取的以上参数数据触发激光雷达安全防护，对正常运行、关机、断电三种状态进行智能判断。达到了对无人机飞行的安全控制的目的，从而实现了在无人机的有效挂载能力下高效处理处理的同时能够保证无人机飞行安全的技术效果，进而解决了中长航时无人机在挂载设备时无法高效处理飞行数据且保证无人机飞行安全的技术问题。

作为本申请实施例中的优选，如图2所示，所述安全防护系统包括：第一控制模块2001，用于接收并传输对所述激光雷达系统的控制指令，其中，所述控制指令用于控制所述非正常飞行或者所述非正常事件，所述非正常飞行包括无人机飞行过程中的飞行角度、飞行位置、飞行方向的非正常飞行，所述非正常事件包括无人机的电流或者温度超出阈值的事件；第二控制模块2002，用于接收并传输对所述激光雷达系统的状态指令，其中，所述状态指令用于反馈所述非正常飞行或者所述非正常事件的处理结果；第三控制模块2003，用于接收并解析无人机的实时位置数据，并控制所述激光雷达系统100。

具体实施时，所述第一控制模块2001用于接收并传输对所述激光雷达系统的用于控制所述非正常飞行或者所述非正常事件。通过所述第一控制模块2001处理的控制指令，用于接收地面控制系统的控制指令或者生成并传输所述控制指令。所述第二控制模块2002用于接收并传输对所述激光雷达系统的状态指令，所述状态指令用于反馈所述非正常飞行或者所述非正常事件的处理结果。所述第二控制模块2002用于接收状态指令。所述控制指令对所述第三控制模块2003用于接收并解析无人机的实时位置数据，并控制所述激光雷达系统。

需要注意的是，所述非正常飞行包括无人机飞行过程中的飞行角度、飞行位置、飞行方向的非正常飞行，本领域技术人员可以根据实际使用场景进行参数的选择。

需要注意的是，所述非正常事件包括无人机的电流或者温度超出阈值的事件，本领域技术人员可以根据实际使用场景进行参数的选择。

作为本申请实施例中的优选，如图3所示，所述用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置还包括：电源管控模块300，所述电源管控模块300，用于根据所述状态指令切断无人机的电源进行断电保护以及对所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块进行供电或断电。

具体实施时，所述电源管控模块300作为无人机供电系统，用于接收并解析对电源管控模块300的控制指令，并执行相应动作。生成并发送电源管控单元的状态。可控制对所述激光雷达以及安全防护系统200的加电或者断电。

作为本申请实施例中的优选，所述第一控制模块2001，用于根据控制指令在所述非正常飞行或者所述非正常事件发生时进行飞行过度倾斜保护。

具体实施时，通过所述第一控制模块2001在无人机的倾角大于预设角度时，无人机已经无法实现正常的姿态矫正了，必然存在一定的偏向倾角，而下降的同时进行姿态矫正能避免无人机的翻转及失控，下降时无人机的电调进行等量降速，降速的能耗可用于加强姿态矫正，从而使无人机在可控状态下安全降落。

作为本申请实施例中的优选，所述第一控制模块2001，用于根据控制指令在所述非正常飞行或者所述非正常事件发生时飞行过角度保护。

具体实施时，通过所述第一控制模块2001接收地面控制指令，根据指令控制无人机飞行方式和并通过角度调整云台控制图像采集端转动，使得图像采集端能够更好的采集图像信息。

作为本申请实施例中的优选，如图4所示，所述无人机数据智能接口包括：机载激光接口1001，所述机载激光系统，用于对地扫描并存储激光雷达扫描的原始波形数据；接收并解析对激光雷达的控制指令，并执行相应动作指令；生成激光雷达的状态指令，并发送给所述安全防护系统。

具体实施时，所述机载激光接口1001用于对对地扫描并存储激光雷达扫描的原始波形数据。同时接收并解析对激光雷达的控制指令，并执行相应动作指令。并且在生成激光雷达的状态指令之后，并发送给所述安全防护系统。

作为本申请实施例中的优选，如图4所示，所述无人机数据智能接口包括：机载惯性导航接口1002，所述机载惯性导航系统，用于将实时位置数据发送给所述安全防护系统；将原始GNSS数据实时传输给所述安全防护系统；将原始IMU数据实时传输给所述安全防护系统。

具体实施时，所述机载惯性导航接口1002用于将实时位置数据发送给安全防护系统。还可将原始GNSS数据实时传输给安全防护系统。也可将原始IMU数据实时传输给安全防护系统器。可选地，将PPS信号、实时位置数据发送给激光雷达。

作为本申请实施例中的优选，如图4所示，所述无人机数据智能接口包括：机载航拍接口1003，所述机载航拍系统，用于在指定的航摄点控制正射相机自动拍照，获得航摄影像。

作为本申请实施例中的优选，所述安全防护系统通过无人机的通信数据链路与地面系统进行实时通信，以使无人机在执行飞行作业时在目标地域按照预设航线飞行。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

所述中长航时无人机1包括：燃油装置、动力装置、航电装置、机载数据链以及卫通设备等。

如图5所示，挂载在无人机上的用于中长航时无人机搭载机载激光雷达的智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置2靠近无人机的前端机头。

如图6所示，挂载在无人机上的用于中长航时无人机搭载机载激光雷达的智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置2靠近无人机的后端的动力装置。所述机载激光雷达包括：机载激光接口、机载惯性导航接口以及机载航拍接口。

需要注意的是，如图8所示，以上所述用于中长航时无人机搭载机载激光雷达的智能接口及激光雷达在飞行时的安全防护装置2的安装位置、尺寸以及设计示意图仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。

所述机载激光接口，所述机载激光接口，用于对地扫描并存储激光雷达扫描的原始波形数据；接收并解析对激光雷达的控制指令，并执行相应动作指令；生成激光雷达的状态指令，并发送给所述安全防护系统。

所述机载惯性导航接口，所述机载惯性导航接口，用于将实时位置数据发送给所述安全防护系统；将原始GNSS数据实时传输给所述安全防护系统；将原始IMU数据实时传输给所述安全防护系统。

所述机载航拍接口，所述机载航拍接口，用于在指定的航摄点控制正射相机自动拍照，获得航摄影像。

具体地，所述机载激光接口可选择，580nm光纤激光器，所述机载惯性导航接口可选择AP60惯导，所述机载航拍接口可选择PhaseOne相机。其中，所述AP60惯导由紧凑的组合导航OEM板以及惯性测量单元IMU)组成。专为系统集成应用设计，具备性能最佳的GNSS多频定位技术及卓越的惯性技术，可在恶劣的卫星信号环境下持续作业。

本申请实施例一所提供的用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的智能接口及安全防护装置实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图7是本发明实施例的一种用于中长航时无人机的控制系统在移动终端实施的硬件结构框图。如图1所示，终端10可以包括一个或多个(图7中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端10还可包括比图7中所示更多或者更少的组件，或者具有与图7所示不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的信号处理方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于中长航时无人机挂载激光雷达系统的设备，其特征在于，包括：

无人机数据智能接口，用于获取无人机在飞行过程中的动态飞行参数和无人机惯导参数，其中，所述动态飞行参数通过无人机数据接口返回的信号获得；

安全防护系统，用于在无人机发生非正常飞行或者非正常事件情况时，根据所述动态飞行参数和无人机惯导参数触发安全防护，以使激光雷达系统正常作业且飞行过程无人机的云台稳定。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述安全防护系统包括：

第一控制模块，用于接收并传输对所述激光雷达系统的控制指令，其中，所述控制指令用于控制所述非正常飞行或者所述非正常事件，所述非正常飞行包括无人机飞行过程中的飞行角度、飞行位置、飞行方向的非正常飞行，所述非正常事件包括无人机的电流或者温度超出阈值的事件；

第二控制模块，用于接收并传输对所述激光雷达系统的状态指令，其中，所述状态指令用于反馈所述非正常飞行或者所述非正常事件的处理结果；

第三控制模块，用于接收并解析无人机的实时位置数据，并控制所述激光雷达系统。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，还包括：电源管控模块，所述电源管控模块，用于根据所述状态指令切断无人机的电源进行断电保护以及对所述第一控制模块、所述第二控制模块、所述第三控制模块进行供电或断电。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一控制模块，用于根据控制指令在所述非正常飞行或者所述非正常事件发生时进行飞行过度倾斜保护。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述第一控制模块，用于根据控制指令在所述非正常飞行或者所述非正常事件发生时飞行过角度保护。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无人机数据智能接口包括：机载激光接口，

所述机载激光接口，用于对地扫描并存储激光雷达扫描的原始波形数据；

接收并解析对激光雷达的控制指令，并执行相应动作指令；

生成激光雷达的状态指令，并发送给所述安全防护系统。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无人机数据智能接口包括：机载惯性导航接口，

所述机载惯性导航接口，用于将实时位置数据发送给所述安全防护系统；

将原始GNSS数据实时传输给所述安全防护系统；

将原始IMU数据实时传输给所述安全防护系统。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无人机数据智能接口包括：机载航拍接口，

所述机载航拍接口，用于在指定的航摄点控制正射相机自动拍照，获得航摄影像。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述安全防护系统通过无人机的通信数据链路与地面系统进行实时通信，以使激光雷达在正常作业时在目标地域按照预设航线进行数据采集。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还搭载激光雷达系统，所述激光雷达系统至少包括：一激光器、一惯导及一相机，所述激光器、所述惯导及所述相机通过集成一体化设计于激光雷达系统中。

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