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本发明公开了CH无人机机载激光雷达综合航测系统，包括无人机和地面基站，所述无人机包括航测控制系统、GPS导航系统、飞行控制系统和信号传输系统，所述无人机上搭载有激光雷达、摄像机、减少摄像机产生高频振动的挂载单元、带动摄像机转动增加拍摄范围的视角调节单元，所述航测控制系统利用GPS导航系统测定出无人机的位置坐标，配合飞行控制系统，让无人按照规划航线进行飞行，所述摄像机通过信号传输系统向地面基站发送拍摄的影像信息。本发明通过挂载单元的设计，能够起到消震的作用，从而减小对航测工作产生的影响；通过视角调
(19)国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 CN 113390396 B (45)授权公告日 2022.05.27 (21)申请号 0.6 F16M 11/08 (2006.01) F16M 11/10 (2006.01) (22)申请日 2021.06.23 (56)对比文件 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113390396 A CN 109801484 A,2019.05.24 CN 111880562 A,2020.11.03 (43)申请公布日 2021.09.14 CN 204854730 U,2015.12.09 (73)专利权人 北京中科天绘遥感技术有限公司 CN 105391988 A,2016.03.09 地址 100000 北京市海淀区北四环西路9号 CN 212922004 U,2021.04.09 2108-A001 CN 204536708 U,2015.08.05 (72)发明人 柯尊杰阚博才张然朱振宇 US 2014055613 A1,2014.02.27 审查员 陈喜杰 (74)专利代理机构 北京华际知识产权代理有限 公司 11676 专利代理师 刘文康 (51)Int.Cl. G01C 11/02 (2006.01) F16F 15/067 (2006.01) 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (54)发明名称 CH无人机机载激光雷达综合航测系统 (57)摘要 本发明公开了CH无人机机载激光雷达综合 航测系统，包括无人机和地面基站，所述无人机 包括航测控制系统、GPS导航系统、飞行控制系统 和信号传输系统，所述无人机上搭载有激光雷 达、摄像机、减少摄像机产生高频振动的挂载单 元、带动摄像机转动增加拍摄范围的视角调节单 元，所述航测控制系统利用GPS导航系统测定出 无人机的位置坐标，配合飞行控制系统，让无人 按照规划航线进行飞行，所述摄像机通过信号传 输系统向地面基站发送拍摄的影像信息。本发明 通过挂载单元的设计，能够起到消震的作用，从 而减小对航测工作产生的影响；通过视角调节单 B 元的设计，能够增大视角拍摄方位，能够更加线 实地反映地物的实际情况，弥补了正射影像的不 9 3 0 足。 9 3 3 1 1 N C CN 113390396 B 权利要求书 1/2页 1.CH无人机机载激光雷达综合航测系统，包括无人机和地面基站，其特征在于：所述无 人机包括航测控制系统、GPS导航系统、飞行控制系统和信号传输系统，所述无人机上搭载 有激光雷达、摄像机、减少摄像机产生高频振动的挂载单元、带动摄像机转动增加拍摄范围 的视角调节单元，所述摄像机包括摄像单元和储存单元，所述航测控制系统利用GPS导航系 统测定出无人机的位置坐标，配合飞行控制系统，让无人按照规划航线进行飞行，从而实现 无人机的自动控制，所述摄像机通过信号传输系统向地面基站发送拍摄的影像信息，所述 激光雷达用于探测目标的位置，所述摄像单元用于获取影像数据，所述储存单元用于实现 摄像数据分析和存储，所述视角调节单元与摄像机相连，所述视角调节单元包括安装板 (7)，所述安装板(7)的上下两侧分别安装有一号电机(8)和一号轴承座(9)，所述一号轴承 座(9)的内部安装有一号轴承(10)，所述一号轴承(10)的内部安装有一号转轴(11)，所述一 号电机(8)的输出端穿过安装板(7)且安装有电机齿轮(12)，所述一号转轴(11)上且位于电 机齿轮(12)的下方安装有从动齿轮(13)，所述电机齿轮(12)和从动齿轮(13)之间设置有同 步齿形带(14)，所述一号转轴(11)远离一号从动齿轮(13)的端面上设置有安装箱(15)，所 述安装箱(15)的内下表面左右两侧分别设置有二号轴承座(16)和电机座(17)，所述二号轴 承座(16)的内部安装有二号轴承(18)，所述二号轴承(18)的内部安装有二号转轴(19)，所 述电机座(17)上安装有二号电机(20)，所述二号电机(20)的输出端安装有电机锥齿轮 (21)，所述二号转轴(19)上且位于安装箱(15)的内部设置有从动锥齿轮(22)，所述电机锥 齿轮(21)和从动锥齿轮(22)齿间啮合连接，所述摄像机安装于二号转轴(19)的下端面。 2.根据权利要求1所述的CH无人机机载激光雷达综合航测系统，其特征在于：所述挂载 单元用于连接无人机和视角调节单元，所述挂载单元包括底板(1)，所述底板(1)的上表面 设置有套筒(2)，所述套筒(2)为上下两端均开口的圆筒，所述套筒(2)的上端面设置有圆环 (3)，所述圆环(3)的上方设置有顶板(4)，所述顶板(4)和圆环(3)之间通过螺栓(5)活动连 接，所述顶板(4)和底板(1)的相对面之间且位于套筒(2)的内部设置有弹簧(6)，所述顶板 (4)的下表面和底板(1)的上表面上且位于弹簧(6)的外部均设置有限位环，所述底板(1)与 视角调节单元相连，所述顶板(4)与无人机相连。 3.根据权利要求1所述的CH无人机机载激光雷达综合航测系统，其特征在于：所述一号 轴承(10)和二号轴承(18)的数量均为两个，两个所述一号轴承(10)和两个所述二号轴承 (18)均为角接触球轴承且相对安装。 4.根据权利要求1所述的CH无人机机载激光雷达综合航测系统，其特征在于：所述一号 轴承座(9)的左右两端面和二号轴承座(16)的上下两端面均设置有轴承座密封盖。 5.根据权利要求1所述的CH无人机机载激光雷达综合航测系统，其特征在于：所述一号 电机(8)的外部设置有电机保护壳(23)，所述电机齿轮(12)和从动齿轮(13)的外部均设置 有齿轮保护壳(24)，所述电机保护壳(23)和齿轮保护壳(24)均固定于安装板(7)上。 6.根据权利要求1所述的CH无人机机载激光雷达综合航测系统，其特征在于：所述航测 控制系统与GPS导航系统、飞行控制系统、信号传输系统、激光雷达、摄像机和视角调节单元 之间电连接。 7.根据权利要求1所述的CH无人机机载激光雷达综合航测系统，其特征在于：所述地面 基站包括数据处理计算机，所述数据处理计算机通过信号传输系统对航测控制系统发送控 制指令，并实时接收航测控制系统各模块状态及实时采集雷达数据，确认航测控制系统各 2 2 CN 113390396 B 权利要求书 2/2页 模块工作正常。 3 3 CN 113390396 B 说明书 1/4页 CH无人机机载激光雷达综合航测系统 技术领域 [0001] 本发明涉及无人机航测技术领域，具体领域为CH无人机机载激光雷达综合航测系 统。 背景技术 [0002] 无人机的摄影测量与遥感，也称为航测，是航空航天领域的一个重要的研究课题， 在国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发等领域得到了广泛的应用。航 测的关键技术是图像的获取与处理技术，要求获取的图像具有较高的成像效果和成像质 量，并且能够进行实时的传输。 [0003] 然而，无人机在飞行过程中由于气流的变化以及发动机的高速运转会引起机体结 构的高频振动，这会影响安装于机体内部的航测系统的正常工作，生成的测绘图像模糊不 清。 [0004] 另一方面、传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄，不能真实地反映地物的 实际情况，正射影像不足。 发明内容 [0005] 本发明的目的在于提供CH无人机机载激光雷达综合航测系统，以解决上述背景技 术中提出的问题。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：CH无人机机载激光雷达综合航测系 统，包括无人机和地面基站，所述无人机包括航测控制系统、GPS导航系统、飞行控制系统和 信号传输系统，所述无人机上搭载有激光雷达、摄像机、减少摄像机产生高频振动的挂载单 元、带动摄像机转动增加拍摄范围的视角调节单元，所述摄像机包括摄像单元和储存单元， 所述航测控制系统利用GPS导航系统测定出无人机的位置坐标，配合飞行控制系统，让无人 按照规划航线进行飞行，从而实现无人机的自动控制，所述摄像机通过信号传输系统向地 面基站发送拍摄的影像信息，所述激光雷达用于探测目标的位置，所述摄像单元用于获取 影像数据，所述储存单元用于实现摄像数据分析和存储。 [0007] 优选的，所述挂载单元用于连接无人机和视角调节单元，所述挂载单元包括底板， 所述底板的上表面设置有套筒，所述套筒为上下两端均开口的圆筒，所述套筒的上端面设 置有圆环，所述圆环的上方设置有顶板，所述顶板和圆环之间通过螺栓活动连连接，所述顶 板和底板的相对面之间且位于套筒的内部设置有弹簧，所述顶板的下表面和底板的上表面 上且位于弹簧的外部均设置有限位环，所述底板与视角调节单元相连，所述顶板与无人机 相连。 [0008] 优选的，所述视角调节单元与摄像机相连，所述视角调节单元包括安装板，所述安 装板的上下两侧分别安装有一号电机和一号轴承座，所述一号轴承座的内部安装有一号轴 承，所述一号轴承的内部安装有一号转轴，所述一号电机的输出端穿过安装板且安装有电 机齿轮，所述一号转轴上且位于电机齿轮的下方安装有从动齿轮，所述电机齿轮和从动齿 4 4 CN 113390396 B 说明书 2/4页 轮之间设置有同步齿形带，所述一号转轴远离一号从动齿轮的端面上设置有安装箱，所述 安装箱的内下表面左右两侧分别设置有二号轴承座和电机座，所述二号轴承座的内部安装 有二号轴承，所述二号轴承的内部安装有二号转轴，所述电机座上安装有二号电机，所述二 号电机的输出端安装有电机锥齿轮，所述二号转轴上且位于安装箱的内部设置有从动锥齿 轮，所述电机锥齿轮和从动锥齿轮齿间啮合连接，所述摄像机安装于二号转轴的下端面。 [0009] 优选的，所述一号轴承和二号轴承的数量均为两个，两个所述一号轴承和两个所 述二号轴承均为角接触球轴承且相对安装。 [0010] 优选的，所述一号轴承座的左右两端面和二号轴承座的上下两端面均设置有轴承 座密封盖。 [0011] 优选的，所述一号电机的外部设置有电机保护壳，所述电机齿轮和从动齿轮的外 部均设置有齿轮保护壳，所述电机保护壳和齿轮保护壳均固定于安装板上。 [0012] 优选的，所述航测控制系统与GPS导航系统、飞行控制系统、信号传输系统、激光雷 达、摄像机和视角调节单元之间电连接。 [0013] 优选的，所述地面基站包括数据处理计算机，所述数据处理计算机通过通过信号 传输系统对航测控制系统发送控制指令，并实时接收航测控制系统各模块状态及实时采集 雷达数据，确认航测控制系统各模块工作正常。 [0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：CH无人机机载激光雷达综合航测系统，本 发明通过挂载单元的设计，能够起到消震的作用，有效地降低摄像机产生的振动，从而减小 对航测工作产生的影响；本发明通过视角调节单元的设计，能够带动摄像机在竖直面内转 动，也能够带动摄像机在水平面内转动，从而增大视角拍摄方位，克服了传统航空摄影技术 只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥补了正射影 像的不足。 附图说明 [0015] 图1为本发明航测系统的组成框图； [0016] 图2为挂载单元和视角调节单元的剖视结构示意图； [0017] 图3为图2中A处的放大结构示意图； [0018] 图4为图2中B处的放大结构示意图； [0019] 图5为挂载单元和视角调节单元的立体结构示意图。 [0020] 图中：1‑底板、2‑套筒、3‑圆环、4‑顶板、5‑螺栓、6‑弹簧、7‑安装板、8‑一号电机、9‑ 一号轴承座、10‑一号轴承、11‑一号转轴、12‑电机齿轮、13‑从动齿轮、14‑同步齿形带、15‑ 安装箱、16‑二号轴承座、17‑电机座、18‑二号轴承、19‑二号转轴、20‑二号电机、21‑电机锥 齿轮、22‑从动锥齿轮、23‑电机保护壳、24‑齿轮保护壳。 具体实施方式 [0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。 5 5 CN 113390396 B 说明书 3/4页 [0022] 请参阅图1‑5，本发明提供一种技术方案：CH无人机机载激光雷达综合航测系统， 包括无人机和地面基站，所述无人机包括航测控制系统、GPS导航系统、飞行控制系统和信 号传输系统，所述无人机上搭载有激光雷达、摄像机、减少摄像机产生高频振动的挂载单 元、带动摄像机转动增加拍摄范围的视角调节单元，所述摄像机包括摄像单元和储存单元， 所述航测控制系统利用GPS导航系统测定出无人机的位置坐标，配合飞行控制系统，让无人 按照规划航线进行飞行，从而实现无人机的自动控制，所述摄像机通过信号传输系统向地 面基站发送拍摄的影像信息，所述激光雷达用于探测目标的位置，所述摄像单元用于获取 影像数据，所述储存单元用于实现摄像数据分析和存储。 [0023] 具体而言，所述挂载单元用于连接无人机和视角调节单元，所述挂载单元包括底 板1，所述底板1的上表面设置有套筒2，所述套筒2为上下两端均开口的圆筒，所述套筒2的 上端面设置有圆环3，所述圆环3的上方设置有顶板4，所述顶板4和圆环3之间通过螺栓5活 动连连接，所述顶板4和底板1的相对面之间且位于套筒2的内部设置有弹簧6，所述顶板4的 下表面和底板1的上表面上且位于弹簧6的外部均设置有限位环，所述底板1与视角调节单 元相连，所述顶板4与无人机相连，挂载单元的弹簧6具有弹性，当无人机产生振动时，会将 震动传递给弹簧6，弹簧6能够起到消震的作用，吸收部分能量，有效地降低摄像机产生的振 动，从而减小对航测工作产生的影响。 [0024] 具体而言，所述视角调节单元与摄像机相连，所述视角调节单元包括安装板7，所 述安装板7的上下两侧分别安装有一号电机8和一号轴承座9，所述一号轴承座9的内部安装 有一号轴承10，起滚动支撑的作用，所述一号轴承10的内部安装有一号转轴11，所述一号电 机8的输出端穿过安装板7且安装有电机齿轮12，所述一号转轴11上且位于电机齿轮12的下 方安装有从动齿轮13，所述电机齿轮12和从动齿轮13之间设置有同步齿形带14，所述一号 转轴11远离一号从动齿轮13的端面上设置有安装箱15，所述一号电机8工作，带动电机齿轮 12转动，通过同步齿形带14带动从动齿轮13转动，进而带动一号转轴11转动，最终带动摄像 机转动，从而增大视角拍摄方位，所述安装箱15的内下表面左右两侧分别设置有二号轴承 座16和电机座17，所述二号轴承座16的内部安装有二号轴承18，起滚动支撑的作用，所述二 号轴承18的内部安装有二号转轴19，所述电机座17上安装有二号电机20，所述二号电机20 的输出端安装有电机锥齿轮21，所述二号转轴19上且位于安装箱15的内部设置有从动锥齿 轮22，所述电机锥齿轮21和从动锥齿轮22齿间啮合连接，所述摄像机安装于二号转轴19的 下端面，所述二号电机20工作，带动电机锥齿轮21转动，通过齿间啮合作用，带动从动锥齿 轮22转动，进而带动二号转轴19转动，最终带动摄像机转动，从而增大视角拍摄方位，克服 传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情 况，弥补了正射影像的不足。 [0025] 具体而言，所述一号轴承10和二号轴承18的数量均为两个，两个所述一号轴承10 和两个所述二号轴承18均为角接触球轴承且相对安装，所述一号轴承10和二号轴承18分别 用于承受一号转轴11和二号转轴19受到的轴向力和径向力。 [0026] 具体而言，所述一号轴承座9的左右两端面和二号轴承座16的上下两端面均设置 有轴承座密封盖，起密封保护的作用。 [0027] 具体而言，所述一号电机8的外部设置有电机保护壳23，所述电机齿轮12和从动齿 轮13的外部均设置有齿轮保护壳24，所述电机保护壳23和齿轮保护壳24均固定于安装板7 6 6 CN 113390396 B 说明书 4/4页 上，起安全保护的作用。 [0028] 具体而言，所述航测控制系统与GPS导航系统、飞行控制系统、信号传输系统、激光 雷达、摄像机和视角调节单元之间电连接。 [0029] 具体而言，所述地面基站包括数据处理计算机，所述数据处理计算机通过通过信 号传输系统对航测控制系统发送控制指令，并实时接收航测控制系统各模块状态及实时采 集雷达数据，确认航测控制系统各模块工作正常。 [0030] 工作原理：本发明挂载单元的弹簧6具有弹性，当无人机产生振动时，会将震动传 递给弹簧6，弹簧6能够起到消震的作用，吸收部分能量，有效地降低摄像机产生的振动，从 而减小对航测工作产生的影响；一号电机8运行工作，能够带动电机齿轮12转动，通过同步 齿形带14带动从动齿轮13转动，进而带动一号转轴11转动，最终带动摄像机在竖直面内转 动，从而增大视角拍摄方位，二号电机20运行工作，能够带动电机锥齿轮21转动，通过齿间 啮合作用，带动从动锥齿轮22转动，进而带动二号转轴19转动，最终带动摄像机在水平面内 转动，从而增大视角拍摄方位，克服传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性， 能够更加真实地反映地物的实际情况，弥补了正射影像的不足。 [0031] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、 “固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械 连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件 内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况 理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0032] 本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载 均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常 规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常 规的连接方式，在此不再详述。 [0033] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。 7 7 CN 113390396 B 说明书附图 1/4页 图1 8 8 CN 113390396 B 说明书附图 2/4页 图2 9 9 CN 113390396 B 说明书附图 3/4页 图3 图4 10 10 CN 113390396 B 说明书附图 4/4页 图5 11 11
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