本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)遙感探測(cè)，尤其涉及一種基于多功能激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)遙測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)是一種集無(wú)人機(jī)、遙感、gps定位和imu姿態(tài)確定手段等為一體的科技高新技術(shù)，具有靈活、安全、易操作等優(yōu)點(diǎn)。與星載遙感相比，無(wú)人機(jī)遙感具有更高的時(shí)間分辨率的特點(diǎn)，同時(shí)可避免云層的影響;與機(jī)載遙感相比，其成本更低且具有較高的安全性。因此，現(xiàn)有對(duì)大范圍區(qū)域進(jìn)行遙感圖像采集時(shí)，多借助無(wú)人機(jī)作為遙感平臺(tái)搭載不同傳感器，進(jìn)行高效、迅速的地面情況監(jiān)測(cè)，在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)資源勘探、地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害調(diào)查、海洋資源與環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮了重要作用。作為一種靈活的空中平臺(tái)，無(wú)人機(jī)還可以搭載激光雷達(dá)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面或建筑物的高精度遙感，特別是對(duì)于一些測(cè)圖困難區(qū)域的高精度dem數(shù)據(jù)獲取，如植被覆蓋區(qū)、海岸帶、島礁地區(qū)、沙漠地區(qū)等，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

2、由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，搭載激光雷達(dá)模塊的無(wú)人機(jī)逐漸應(yīng)用在地質(zhì)勘探、輸電線路運(yùn)維等各行各業(yè)，因此，對(duì)無(wú)人機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間可靠性、安全性提出了更高的要求。當(dāng)前裝載激光雷達(dá)模塊的無(wú)人機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于大風(fēng)、雷擊、結(jié)構(gòu)變形老化等因素影響，無(wú)人機(jī)失靈、機(jī)翼?yè)p壞等事故頻發(fā)；無(wú)人機(jī)通常飛行在高空，運(yùn)行環(huán)境溫度較低，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)電池轉(zhuǎn)化效率低下，無(wú)人機(jī)易運(yùn)行在“虛電”條件下，存在“虛電墜機(jī)”的風(fēng)險(xiǎn)。

3、為此，如何提供一種能夠?qū)o(wú)人機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行遙感探測(cè)，包括但不限于遠(yuǎn)程探測(cè)無(wú)人機(jī)機(jī)翼受到的異常應(yīng)力或形變，以及無(wú)人機(jī)機(jī)翼的溫度變化等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于多功能激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)遙測(cè)方法和系統(tǒng)，以消除或改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個(gè)或更多個(gè)缺陷。

2、本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種基于多功能激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)方法，該方法基于多功能激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)包含光頻域反射系統(tǒng)、傳感光纖、光纖雷達(dá)探頭系統(tǒng)和運(yùn)算控制單元，光頻域反射系統(tǒng)包含激光器、第一光纖耦合器、主干涉儀、輔助干涉儀和偏振分光鏡，所述傳感光纖的主體分布在無(wú)人機(jī)的表面，傳感光纖的一端連接到主干涉儀包含的環(huán)形器，另一端繞到無(wú)人機(jī)底部與光纖雷達(dá)探頭系統(tǒng)相連接，所述方法包括以下步驟：所述激光器發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第一光纖耦合器分路到所述主干涉儀和所述輔助干涉儀，所述主干涉儀包含的第二光纖耦合器將分路的光信號(hào)進(jìn)一步分路到包含環(huán)形器的信號(hào)臂和包含偏振控制器的參考臂；分別經(jīng)過(guò)所述信號(hào)臂和所述參考臂在主干涉儀包含的第三光纖耦合器發(fā)生拍頻合并為一路光信號(hào)，合并后的一路光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振分光鏡分為水平偏振光信號(hào)和垂直偏振光信號(hào)；利用第一光電探測(cè)器將水平偏振光信號(hào)轉(zhuǎn)化為第一電信號(hào)數(shù)據(jù)，利用第二光電探測(cè)器將垂直偏振光信號(hào)轉(zhuǎn)化為第二電信號(hào)數(shù)據(jù)，利用第三光電探測(cè)器將經(jīng)過(guò)輔助干涉儀的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為第三電信號(hào)數(shù)據(jù)；利用光纖雷達(dá)探頭系統(tǒng)采集用于激光脈沖測(cè)距的第四電信號(hào)數(shù)據(jù)；將所述第一電信號(hào)數(shù)據(jù)、第二電信號(hào)數(shù)據(jù)、第三電信號(hào)數(shù)據(jù)和第四電信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送到所述運(yùn)算控制單元，由運(yùn)算控制單元基于背向瑞利散射的波長(zhǎng)偏移量原理結(jié)合傳感光纖在無(wú)人機(jī)表面的分布對(duì)無(wú)人機(jī)表面進(jìn)行應(yīng)變感知監(jiān)測(cè)和溫度感知監(jiān)測(cè)，運(yùn)算控制單元基于所述第四電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)距監(jiān)測(cè)。

3、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，對(duì)于分路到信號(hào)臂的光信號(hào)，該方法還包括：光信號(hào)通過(guò)環(huán)形器進(jìn)入所述傳感光纖，并沿傳感光纖返回?cái)y帶用于感知監(jiān)測(cè)和溫度感知監(jiān)測(cè)的物理信息的光信號(hào)；對(duì)于分路到參考臂的光信號(hào)，該方法還包括：利用所述偏振控制器對(duì)光信號(hào)的偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

4、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，輔助干涉儀包含第四光纖耦合器和第五光纖耦合器，對(duì)于分路到所述輔助干涉儀的光信號(hào)，該方法包括：所述第四光纖耦合器將分路的光信號(hào)進(jìn)一步分路到一路普通光纖和一路時(shí)延光纖，分別經(jīng)過(guò)普通光纖和時(shí)延光纖的兩路光信號(hào)在所述第五光纖耦合器合并為一路光信號(hào)。

5、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述第一光纖耦合器的類型為10:90光纖耦合器，所述第二光纖耦合器的類型為1:99光纖耦合器，所述第三光纖耦合器的類型為50:50光纖耦合器，所述第四光纖耦合器的類型為50:50光纖耦合器，所述第五光纖耦合器的類型為50:50光纖耦合器。

6、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述傳感光纖沿?zé)o人機(jī)機(jī)翼延展方向“z”字形布局；或所述傳感光纖在無(wú)人機(jī)機(jī)翼上首先延伸到無(wú)人機(jī)機(jī)翼的遠(yuǎn)端，并沿垂直于無(wú)人機(jī)機(jī)翼延展方向“z”字形布局。

7、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，運(yùn)算控制單元基于背向瑞利散射的波長(zhǎng)偏移量原理結(jié)合傳感光纖在無(wú)人機(jī)表面的分布對(duì)無(wú)人機(jī)表面進(jìn)行應(yīng)變感知監(jiān)測(cè)和溫度感知監(jiān)測(cè)的步驟，包括：運(yùn)算控制單元基于所述背向瑞利散射的波長(zhǎng)偏移量原理計(jì)算應(yīng)變感知參數(shù)和發(fā)生應(yīng)變的位置在傳感光纖的位置，結(jié)合傳感光纖在無(wú)人機(jī)表面的分布確定無(wú)人機(jī)發(fā)生應(yīng)變的位置；運(yùn)算控制單元基于所述背向瑞利散射的波長(zhǎng)偏移量原理計(jì)算溫度感知參數(shù)，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)表面的溫度。

8、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述雷達(dá)探頭系統(tǒng)包含光開(kāi)關(guān)和多路由光纖和透鏡組成的探頭單元，所述探頭單元安裝在無(wú)人機(jī)底部并朝向不同方位，對(duì)于進(jìn)入光纖雷達(dá)探頭系統(tǒng)的光信號(hào)，所述方法包括：光信號(hào)經(jīng)過(guò)光開(kāi)關(guān)在多路探頭單元之間切換，光纖中的光信號(hào)通過(guò)探頭單元和空間光照射在無(wú)人機(jī)飛行周邊的物體上，物體被照射后的光反射被第四光電探測(cè)器接收并被轉(zhuǎn)化為所述第四電信號(hào)數(shù)據(jù)。

9、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在得到所述第四電信號(hào)數(shù)據(jù)后，該方法還包括：基于第四電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行激光脈沖測(cè)距得到無(wú)人機(jī)相距不同方位的物理距離，從而確定無(wú)人機(jī)的海拔高度信息。

10、在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述方法還包括：設(shè)定不同海拔高度下的安全溫度閾值，結(jié)合對(duì)無(wú)人機(jī)表面的溫度感知監(jiān)測(cè)和確定的無(wú)人機(jī)的海拔高度信息，當(dāng)溫度感知監(jiān)測(cè)超出預(yù)設(shè)的安全溫度閾值，通過(guò)運(yùn)算控制單元發(fā)出溫度警示信息。

11、與上述方法相應(yīng)地，本發(fā)明的還提供了一種基于多功能激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含光頻域反射系統(tǒng)、傳感光纖、光纖雷達(dá)探頭系統(tǒng)和運(yùn)算控制單元；光頻域反射系統(tǒng)包含激光器、第一光纖耦合器、主干涉儀、輔助干涉儀和偏振分光鏡；所述傳感光纖的主體分布在無(wú)人機(jī)的表面，傳感光纖的一端連接到主干涉儀包含的環(huán)形器，另一端繞到無(wú)人機(jī)底部與光纖雷達(dá)探頭系統(tǒng)相連接；所述激光器用于發(fā)射光信號(hào)；所述第一光纖耦合器用于將光信號(hào)分路到所述主干涉儀和所述輔助干涉儀；所述主干涉儀用于基于其包含的第二光纖耦合器將分路的光信號(hào)進(jìn)一步分路到包含環(huán)形器的信號(hào)臂和包含偏振控制器的參考臂；所述主干涉儀還用于基于其包含的第三光纖耦合器將分別經(jīng)過(guò)所述信號(hào)臂和所述參考臂的光信號(hào)拍頻合并為一路光信號(hào)，合并后的一路光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振分光鏡分為水平偏振光信號(hào)和垂直偏振光信號(hào)；運(yùn)算控制單元用于接收所述第一電信號(hào)數(shù)據(jù)、第二電信號(hào)數(shù)據(jù)、第三電信號(hào)數(shù)據(jù)和第四電信號(hào)數(shù)據(jù)，并基于背向瑞利散射的波長(zhǎng)偏移量原理結(jié)合傳感光纖在無(wú)人機(jī)表面的分布對(duì)無(wú)人機(jī)表面進(jìn)行應(yīng)變感知監(jiān)測(cè)和溫度感知監(jiān)測(cè)，運(yùn)算控制單元基于所述第四電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)距監(jiān)測(cè)；所述系統(tǒng)還包括第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器，第一光電探測(cè)器用于將水平偏振光信號(hào)轉(zhuǎn)化為第一電信號(hào)數(shù)據(jù)，第二光電探測(cè)器用于將垂直偏振光信號(hào)轉(zhuǎn)化為第二電信號(hào)數(shù)據(jù)，第三光電探測(cè)器用于將經(jīng)過(guò)輔助干涉儀的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為第三電信號(hào)數(shù)據(jù)；光纖雷達(dá)探頭系統(tǒng)用于采集用于激光脈沖測(cè)距的第四電信號(hào)數(shù)據(jù)。

12、本發(fā)明所提出的基于多功能激光雷達(dá)的無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)方法，能夠基于布設(shè)在無(wú)人機(jī)機(jī)翼上的傳感光纖與無(wú)人機(jī)腹部的光電感知模塊組成多功能激光雷達(dá)，通過(guò)測(cè)量光纖背向瑞利散射光信號(hào)來(lái)檢測(cè)形變與溫度，通過(guò)從激光器射出的光照到外界物體后回傳的光進(jìn)行雷達(dá)測(cè)距，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變感知、溫度感知和光纖激光雷達(dá)測(cè)距的功能。

13、本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)、目的，以及特征將在下面的描述中將部分地加以闡述，且將對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在研究下文后部分地變得明顯，或者可以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐而獲知。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)在說(shuō)明書(shū)以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)到并獲得。

14、本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解的是，能夠用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的目的和優(yōu)點(diǎn)不限于以上具體所述，并且根據(jù)以下詳細(xì)說(shuō)明將更清楚地理解本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)的上述和其他目的。