一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，尤其涉及一種用于獲取多種遙感數(shù)據(jù)的一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]不管是偵察、早期預(yù)警等軍事領(lǐng)域還是城市、林業(yè)、生態(tài)、植被、災(zāi)害應(yīng)急、地形等民用應(yīng)用領(lǐng)域均需獲取遙感數(shù)據(jù)。移動遙感系統(tǒng)具有體積小、重量輕、低成本、低損耗、可重復(fù)使用且風(fēng)險小等諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初的軍事領(lǐng)域擴大到非軍事領(lǐng)域。無人機遙感的高時效、高分辨率等性能，是傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感所無法比擬的，越來越受到研究者和生產(chǎn)者的青睞，大大擴大了遙感應(yīng)用范圍和用戶群，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]移動遙感系統(tǒng)主要包括傳感器掃描遙感系統(tǒng)和裝載傳感器的移動平臺。目前，傳感器掃描遙感系統(tǒng)集成GPS、頂U、圖像處理、攝影測量、地理信息及集成控制等技術(shù)，通過采集空間信息和實景影像，由衛(wèi)星及慣性定位確定實景影像的位置姿態(tài)等測量參數(shù)，實現(xiàn)空間坐標(biāo)上的按需測量，是目前獲取遙感數(shù)據(jù)適用的重要設(shè)備。但是，現(xiàn)有的傳感器系統(tǒng)存在一些問題，主要包括:
[0004](一 )傳感器系統(tǒng)大多體積、重量較大，容易使得傳感器裝載平臺續(xù)航時間不足；
[0005]( 二 )傳感器系統(tǒng)獲取遙感數(shù)據(jù)的密度、精度不夠；
[0006](三)傳感器系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性不高。
[0007]因此，現(xiàn)有的傳感器掃描遙感系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中難以滿足多種需要。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)，用于快速獲取多種遙感數(shù)據(jù)，包括高密度、高精度的激光雷達點云數(shù)據(jù)；該系統(tǒng)包括GPS、激光雷達掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(MU)和存儲控制系統(tǒng)，還可包括一個或多個外接傳感器；存儲控制系統(tǒng)基于低功耗的開發(fā)板進行集成開發(fā)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊；體積、重量和功耗均很小；可使得裝載平臺提供更長的續(xù)航時間；穩(wěn)定性和安全性更好。
[0009]本實用新型提供的技術(shù)方案是:
[0010]一種一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)，包括GPS、激光雷達掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和存儲控制系統(tǒng)；GPS通過天線饋線與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的天線接口相連接；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀之間均相互連接；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于實時獲取姿態(tài)和坐標(biāo)位置，并實現(xiàn)存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀二者之間的時間同步；一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)還可包括一個或多個外接傳感器，外接傳感器和存儲控制系統(tǒng)相連接；存儲控制系統(tǒng)基于低功耗的開發(fā)板進行集成開發(fā)而形成，用于存儲傳感器采集的數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)與地面站進行通訊；所述GPS、激光雷達掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、存儲控制系統(tǒng)和外接傳感器均固定安裝到安裝架上，形成所述一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)；并通過安裝架將所述一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)與裝載平臺相連接。[0011 ] 在本實用新型一實施例中，安裝架包括下固定板、上固定板、下固定板與下固定板的連接豎桿和安裝在上固定板上的固定橫桿；安裝架的下固定板上設(shè)有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)固定接口、存儲控制系統(tǒng)固定接口、激光雷達掃描儀固定接口、一個或多個外接傳感器接口，上固定板上設(shè)有裝載平臺接口。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)IMU、存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀均安裝在安裝架的相應(yīng)固定接口，由緊固件固定；固定橫桿一端與上固定板對齊，另一端水平伸出，GPS安裝于固定橫桿的伸出頂端。固定橫桿長約40厘米；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)置于下固定板之上；下固定板與下固定板的連接豎桿共有四根；存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀均置于下固定板之下；將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)置于激光雷達掃描儀的頂部(上方)，進行一體化的設(shè)計，使得多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊，節(jié)省了大量的空間；一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)整體尺寸為220 X 120 X 100mm，功耗為40w，總重量不超過3KG。
[0012]將上述一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)利用緊固件通過安裝架的裝載平臺接口與裝載平臺相連接；裝載平臺包括無人直升機、多旋翼無人機、固定翼無人機、汽車、輪船、背包等載體，極大地方便用戶實施數(shù)據(jù)獲取作業(yè)。
[0013]存儲控制系統(tǒng)具體是基于低功耗的開發(fā)板進行集成開發(fā)，體積小，從而從總體上控制了功耗和體積。上述一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)中，存儲控制系統(tǒng)包括外殼、開發(fā)板、存儲卡、供電系統(tǒng)和連接接口(串行通訊端口 com 口和網(wǎng)口)；供電系統(tǒng)在存儲控制系統(tǒng)內(nèi)部，在工作時，供電系統(tǒng)給所有設(shè)備供電，包括IMU、激光雷達掃描儀和開發(fā)板等設(shè)備；開發(fā)板控制激光雷達掃描儀和IMU何時開始采集數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等；激光雷達和慣導(dǎo)IMU采集的數(shù)據(jù)傳回開發(fā)板，由存儲卡存儲記錄；存儲控制系統(tǒng)通過com 口用連接線與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相連接，通過網(wǎng)口用連接線和激光雷達掃描儀相連接。存儲控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)與地面站進行通訊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲?。在本實用新型一實施例中，存儲控制系統(tǒng)具體基于XILINX嵌入式DK-V6-EMBD-G開發(fā)板進行集成開發(fā)而成。存儲控制系統(tǒng)置于存儲控制系統(tǒng)外殼中，存儲控制系統(tǒng)外殼材料采用鈦合金，重量輕、硬度高。
[0014]慣性導(dǎo)航系統(tǒng)IMU由高精度三軸陀螺儀以及三個坐標(biāo)軸方向上的加速度計組成。也是整個激光雷達系統(tǒng)的基準(zhǔn)中心，它的主要優(yōu)點是能夠在沒有外部參考的情況下能夠?qū)崟r獲取姿態(tài)以及坐標(biāo)位置。在本實用新型一實施例中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)MU為Novatel SI;激光雷達掃描儀可選用Riegl、Optech或Velodyne等激光雷達掃描儀；激光雷達掃描儀優(yōu)選為更為輕便的velodyne 16E，可使得一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)重量更輕，更為輕便。
[0015]外接傳感器可以是高光譜相機、多光譜相機或普通相機；外接傳感器與存儲控制系統(tǒng)相互連接，外接傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送到存儲控制系統(tǒng)進行存儲記錄；外接傳感器還可與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相互連接，通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)存儲控制系統(tǒng)和外接傳感器二者之間的時間同步。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0017]本實用新型提供一種用于獲取多種遙感數(shù)據(jù)的一體化多傳感器系統(tǒng)，集成了高精度MU、存儲控制系統(tǒng)、激光雷達和GPS，系統(tǒng)集成度高、輕巧。其中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀(外接傳感器)之間均相互連接；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于實時獲取姿態(tài)和坐標(biāo)位置，并實現(xiàn)存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀(外接傳感器)二者之間的時間同步；存儲控制系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)與地面站進行通訊，具體是基于低功耗的開發(fā)板進行集成開發(fā)，體積小，從而從總體上控制了功耗和體積。系統(tǒng)總重量不超過3KG，可以根據(jù)不同需要安裝在無人直升機、多旋翼無人機或固定翼無人機平臺上；還可以安裝在汽車、輪船、背包等載體上；方便用戶快速獲取多種遙感數(shù)據(jù)，包括高密度、高精度的激光雷達點云數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊；體積、重量和功耗均很??；可使得裝載平臺提供更長的續(xù)航時間；穩(wěn)定性和安全性更好；可應(yīng)用于城市、林業(yè)、生態(tài)、植被、災(zāi)害應(yīng)急、地形等三維數(shù)據(jù)獲取應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例提供的一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖2是本實用新型實施例提供的安裝架及其連接關(guān)系的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，通過實施例進一步描述本實用新型，但不以任何方式限制本實用新型的范圍。
[0021]本實用新型提供一種一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)，圖1是本實用新型實施例提供的一體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，包括GPS、激光雷達掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(MU)和存儲控制系統(tǒng)；還可包括一個或多個外接傳感器。
[0022]—體化多傳感器激光雷達掃描系統(tǒng)中，GPS通過天線饋線與IMU上的TNC頭(天線接口)相連接；慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀(或外接傳感器)之間均相互連接，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供存儲控制系統(tǒng)和激光雷達掃描儀(或外接傳感器)二者之間的時間同步功能。IMU由高精度三軸陀螺儀以及三個坐標(biāo)軸方向上的加速度計組成，也是整個激光雷達掃描系統(tǒng)的基準(zhǔn)中心，它的主要優(yōu)點是能夠在沒有外部參考的情況下能夠?qū)崟r獲取姿態(tài)以及坐標(biāo)位置。本實施例中，頂U使用的是Novatel的SI。
[0023]激光雷達掃描儀利用高速旋轉(zhuǎn)的高頻測距激光頭，不斷地記錄不同方向的測距數(shù)據(jù)，從而得出以掃描中心為基準(zhǔn)的三維坐標(biāo)信息。考慮到激光雷達掃描儀上方不需要進行數(shù)據(jù)采集，本實用新型將IMU放置在激光雷達掃