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CN110244308B - 一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法 - Google Patents

一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法 Download PDF

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CN110244308B
CN110244308B CN201910510937.6A CN201910510937A CN110244308B CN 110244308 B CN110244308 B CN 110244308B CN 201910510937 A CN201910510937 A CN 201910510937A CN 110244308 B CN110244308 B CN 110244308B
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田倚和
陈志富
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Nanjing Tuomansi Electric Technology Co ltd
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Nanjing Tuomansi Electric Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种适用于无人机测高定姿的激光传感器，包括发射镜头、第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管、第三脉冲激光二极管、3通道并行驱动电路、时序控制电路、激光回波接收镜头、第一光电转换器、第二光电转换器、第三光电转换器、3通道并行信号放大与鉴别电路、3路并行高精度时间‑数字转换电路、高度计算与姿态确定模块。本发明利用上述装置得到无人机与三个地面参考位置间的距离信息，基于空间几何及解析几何理论通过专设算法，得到无人机的高度和飞行姿态信息，克服了现有技术测量误差大、计算结果延迟高和算力要求高编程复杂等局限性，具有装置小、稳定性和实时性强、测量分辨率高、功耗低和算力要求低等优势。

Description

一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法
技术领域
本发明涉及无人机控制、激光探测、信号处理、导航技术领域，具体而言涉及一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法。
背景技术
在近些年来，无人机在军事，民用，科研等领域逐渐有了十分广泛的应用，特别是旋翼无人机，具有体积小，结构简单，控制方便等特点，可以在狭小的空间内执行复杂的任务。
旋翼无人机是一个典型的欠驱动系统，具有多变量、强耦合、非线性等特性的系统，而且涉及学科众多，领域十分广泛，飞行过程中状态复杂。综合上述问题，旋翼无人机的测高以及定姿具有很大的困难。
现有的无人机测高传感器系统多是利用传统的GPS，气压计，加速度计等传感器读取高度数据。然而这些传统的传感器本身的一些弊端在旋翼无人机这个需要高精度和实时性的系统中暴露得尤为明显。气压计的测量会受到大气波动影响，这导致气压计的测量值会出现较大误差波动，GPS是被动定位的，会受到GPS系统的关闭影响出现故障，加速度计随测量时间的加长会出现积分漂移的现象。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于无人机测高定姿的激光传感器及其工作方法，能够克服现有技术测量误差大、计算结果延迟高和算法编程复杂等局限性，具有稳定性强、测量分辨率高、实时性强和算法简单等优势。
为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种适用于无人机测高定姿的激光传感器，所述激光传感器安装在无人机上。
所述激光传感器包括发射镜头、第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管、第三脉冲激光二极管、3通道并行驱动电路、时序控制电路、激光回波接收镜头、第一光电转换器、第二光电转换器、第三光电转换器、3通道并行信号放大与鉴别电路、3路并行高精度时间-数字转换电路、高度计算与姿态确定模块。
所述第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管与3通道并行驱动电路相连。
所述第一光电转换器、第二光电转换器和第三光电转换器均与3通道并行信号放大与鉴别电路的输入端相连；3通道并行信号放大与鉴别电路的输出端与3路并行高精度时间-数字转换电路的输入端相连；3路并行高精度时间-数字转换电路的输出端和高度计算与姿态确定模块相连。
所述时序控制电路与3通道并行驱动电路、3路并行高精度时间-数字转换电路和高度与姿态计算模块相连。
所述第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管位于发射镜头的焦平面内，且以发射镜头的焦点为中心呈等边三角形分布。
所述第一光电转换器、第二光电转换器和第三光电转换器位于激光回波接收镜头的焦平面内，且其通过激光回波接收镜头形成的接收视场分别覆盖由第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管通过发射镜头形成的发射视场。
所述第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管在时序控制电路的作用下同步发出三束激光信号至三个激光着地点，生成的三路激光回波信号分别被第一光电转换器、第二光电转换器和第三光电转换器接收后，经3通道并行信号放大与鉴别电路放大和整形，并且发送至3路并行高精度时间-数字转换电路，3路并行高精度时间-数字转换电路计算得出激光传感器与三个激光着地点的距离数据，将计算得到的距离数据发送至高度计算与姿态确定模块，高度计算与姿态确定模块结合激光传感器与无人机的相对位置，计算得到无人机到地面的距离和无人机的飞行姿态参数。
其中，所述无人机的飞行姿态参数包括俯仰角γ和翻滚角
Figure GDA0002510857770000023
将三个激光着地点构成的平面定义成测点平面，俯仰角γ为无人机纵轴线与测点平面的夹角，翻滚角
Figure GDA0002510857770000021
为无人机横轴线与测点平面的夹角。
进一步的，所述激光传感器还包括3通道增益控制电路。
所述第一光电转换器、第二光电转换器和第三光电转换器均与3通道增益控制电路的输出端相连；所述时序控制电路与3通道增益控制电路相连。
所述3通道增益控制电路用以控制第一光电转换器、第二光电转换器和第三光电转换器三个激光回波接收通道的增益值。
基于前述激光传感器，本发明还提及一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法，所述工作方法包括：
S1：通过时序控制电路，使第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管同步发出三束激光信号至三个激光着地点。
S2：获取第一脉冲激光二极管、第二脉冲激光二极管和第三脉冲激光二极管到三个激光着地点的距离分别为h1、h2和h3。
S3：将三个激光着地点构成的平面定义成测点平面，结合激光传感器与无人机的相对位置，计算得到无人机到地面的距离和无人机的飞行姿态参数，包括无人机垂直于测点平面的高度h以及描述无人机姿态的俯仰角γ和翻滚角
Figure GDA0002510857770000022
S31：以激光传感器中发射镜头为坐标原点建立xyz空间坐标系，xoy平面与无人机平面也即三个激光二极管所确定的平面平行，x轴平行于第一脉冲激光二极管和第二脉冲激光二极管组成的等边三角形的一条边，y轴正方向与无人机前进方向相同且第三脉冲激光二极管的投影正好落在y轴上；z轴与激光传感器的光轴重合且其正方向朝向地面，z轴通过等边三角形垂心。
S32：在该空间坐标系下，获取地面上3个激光着地点的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)分别为：
Figure GDA0002510857770000031
Figure GDA0002510857770000032
Figure GDA0002510857770000033
其中，θ为3个脉冲激光二极管发出的3束测距光束的两两之间的夹角。
S33：设无人机平面的法向量为(0，0，1)，无人机纵轴方向向量为(0，1，0)，无人机横轴方向向量为(1，0，0)，计算得到测点平面的法向量
Figure GDA0002510857770000034
为：
Figure GDA0002510857770000035
S34：由空间几何公式推导可得γ和
Figure GDA0002510857770000036
为：
Figure GDA0002510857770000037
Figure GDA0002510857770000038
无人机的测量高度h为：
Figure GDA0002510857770000039
在本发明中，激光雷达传感器装置不直接测量其与地面的高度，因为除了测高以外，飞行姿态的确认和调整是更为关键的一件事。在本发明中，我们首先利用探测器得到无人机与三个地面参考位置间的距离，然后利用空间几何以及解析几何的理论知识得到目标参数与已知量和测量之间的关系方程，最终得到无人机的高度数据和飞行姿态信息。
以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：
(1)本发明中的传感器装置采用激光二极管作为其信号源，其具有分辨率高、抗干扰能力强、低空探测性能好、体积小质量轻等优点，非常适合应用于小型无人机的探测。
(2)本发明相较传统的无人机高度探测装置例如GPS，气压计，加速度计等在测量误差、稳定性和实时性方面优势明显，并且结合本发明所提供的算法还可以得到无人机的实时飞行姿态，使无人机飞行控制更加精确，更有利于保证飞行器的稳定性。
(3)本发明采用的算法是基于空间几何和解析几何的基础上实现的，计算精度高，算法计算量小编程简单，对处理器的要求不高，在当前无人机小型化，轻量化的基础上可以实现较好的成本控制。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明的一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的结构示意图。
图2为本发明一种适用于无人机测高定姿的激光传感器中脉冲激光二极管和反射镜头位置分布图。
图3为本发明一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法的模型简化图。
图4为本发明一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法中建立的坐标系示意图。
图5为本发明一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法中飞行姿态定义图。
图6为本发明一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法中的几何等效图。
图7为本发明一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法中的计算模型图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
结合图1、图2，本发明提出一种适用于无人机测高定姿的激光传感器，包括发射镜头1、第一脉冲激光二极管2、第二脉冲激光二极管3、第三脉冲激光二极管4、3通道并行驱动电路5、时序控制电路6、激光回波接收镜头7、第一光电转换器8、第二光电转换器9、第三光电转换器10、3通道并行信号放大与鉴别电路11、3通道增益控制电路12、3路并行高精度时间-数字转换电路13、高度计算与姿态确定模块14和无人机15。第一脉冲激光二极管2、第二脉冲激光二极管3和第三脉冲激光二极管4位于发射镜头1的焦平面内，第一光电转换器8、第二光电转换器9和第三光电转换器10位于激光回波接收镜头7的焦平面内，发射镜头1与激光回波接收镜头7的光轴平行，第一光电转换器8、第二光电转换器9和第三光电转换器10与第一脉冲激光二极管2、第二脉冲激光二极管3和第三脉冲激光二极管4一一对应，确保光电转换器的接收视场覆盖脉冲激光二极管的发射光斑。
第一脉冲激光二极管2、第二脉冲激光二极管3和第三脉冲激光二极管4均与3通道并行驱动电路5相连；第一光电转换器8、第二光电转换器9和第三光电转换器10均与3通道并行信号放大与鉴别电路11的输入和3通道增益控制电路12的输出相连；3通道并行信号放大与鉴别电路11的输出与3路并行高精度时间-数字转换电路13的输入相连；3路并行高精度时间-数字转换电路13的输出和高度计算与姿态确定模块14相连；时序控制电路6与3通道并行驱动电路5、3通道增益控制电路12、3路并行高精度时间-数字转换电路13和高度计算与姿态确定模块14相连；最后，由1～14组成的激光传感器固定在无人机15上。
3通道并行信号放大与鉴别电路11由依次相连的前置放大电路、脉冲整形电路和信号预处理电路组成。
采用3个激光二极管(包括第一脉冲激光二极管2、第二脉冲激光二极管3、第三脉冲激光二极管4)作为激光发光光源，时序控制电路使激光二极管同步发出三束光；采用3个光电转换器(包括第一光电转换器8、第二光电转换器9和第三光电转换器10)作为激光回波接收装置；3路激光回波信号由3通道并行信号放大与鉴别电路进行放大和整形；然后有3路并行高精度时间-数字转换电路精确给出3路距离数据；最后由高度计算与姿态确定模块算出无人机到地面的距离和无人机的倾斜角。
在本实施方式中，3个激光二极管(包括第一脉冲激光二极管2、第二脉冲激光二极管3、第三脉冲激光二极管4)为OSRAM公司的近红外激光二极管；3个光电转换器(包括第一光电转换器8、第二光电转换器9和第三光电转换器10)为HAMAMATSU公司的InGaAs光电二极管；3通道并行信号放大与鉴别电路中放大电路为跨阻放大电路，芯片为LTC6560，脉冲整形电路为3个高速比较器，信号预处理电路为ALTERA公司的可编程逻辑器件；3路并行高精度时间-数字转换电路为ACAM公司的TDC-GPX时间-数字转换芯片。
结合图3、4、5、6、7，对本发明中一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法进行详细的描述。
将实际问题简化，等效为三棱锥，如图3所示。以激光传感器中发射镜头1为坐标原点建立xyz空间坐标系，如图4所示。xoy平面与无人机平面也即三个激光二极管所确定的平面平行，x轴平行于第一脉冲激光二极管2和第二脉冲激光二极管3组成的等边三角形的一条边，y轴正方向与无人机前进方向相同且第三脉冲激光二极管4的投影正好落在y轴上；z轴与激光传感器的光轴重合且其正方向朝向地面，z轴通过等边三角形垂心。A代表发射镜头，B、C、D分别代表地面上的三个测点位置，如图5所示。在三棱锥ABCD上截取等腰三棱锥ALMN，如图6所示。平面LMN与发射镜头焦平面平行，直线AB、AC和AD两两之间的夹角为θ。点A在平面LMN上的投影为O1，在平面BCD上的投影为O2，x轴与直线MN平行，y轴直线O1L平行，z轴与直线AO1重合，直线AO1与发射镜头1的主光轴重合。LMN为等边三角形，O1为其重心，为方便计算，设AN＝AM＝AL＝1。对激光回波信号处理后，测得A到参考位置B的距离为h1，到C点距离为h2，到D点距离为h3。
由余弦定理可得：
Figure GDA0002510857770000061
设AO1与AN之间的夹角为α：
Figure GDA0002510857770000062
则α与θ之间的关系为：
Figure GDA0002510857770000063
AO1的长度为：
Figure GDA0002510857770000064
则L、M、N三点坐标分别为：
Figure GDA0002510857770000065
Figure GDA0002510857770000066
Figure GDA0002510857770000067
点L、M、N在直线AD、AB和AC上，由此可得B、C、D三点坐标分别为：
Figure GDA0002510857770000068
Figure GDA0002510857770000069
Figure GDA00025108577700000610
向量
Figure GDA00025108577700000611
的坐标表示为：
Figure GDA00025108577700000612
向量
Figure GDA00025108577700000613
的坐标表示为：
Figure GDA00025108577700000614
设测点平面BCD的法向量
Figure GDA0002510857770000071
为(m，n，1)
Figure GDA0002510857770000072
解方程可得
Figure GDA0002510857770000073
的坐标表示为：
Figure GDA0002510857770000074
无人机的飞行姿态可用俯仰角γ和翻滚角
Figure GDA0002510857770000075
定义，俯仰角γ为无人机纵轴线与测点平面的夹角，翻滚角
Figure GDA0002510857770000076
为无人机横轴线与测点平面的夹角，如图5所示。其中，无人机纵轴与坐标系y轴平行，无人机横轴x轴平行,则无人机纵轴方向向量
Figure GDA0002510857770000077
的坐标为(0，1，0)，横轴方向向量
Figure GDA0002510857770000078
的坐标为(1，0，0),根据空间几何知识可得：
Figure GDA0002510857770000079
代入坐标可得：
Figure GDA00025108577700000710
Figure GDA00025108577700000711
则无人机的飞行姿态为：
Figure GDA00025108577700000712
Figure GDA00025108577700000713
设向量
Figure GDA00025108577700000714
和
Figure GDA00025108577700000715
的夹角为β，如图5所示，则有
Figure GDA00025108577700000716
Figure GDA00025108577700000717
的坐标表示为：
Figure GDA0002510857770000081
测量高度定义为：激光传感器中的发射镜头1到测点平面的垂直距离，记为h，线段AO2的长度即为无人机的测量高度：
Figure GDA0002510857770000082
代入坐标后可得：
Figure GDA0002510857770000083
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述激光传感器安装在无人机(15)上；
所述激光传感器包括发射镜头(1)、第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)、第三脉冲激光二极管(4)、3通道并行驱动电路(5)、时序控制电路(6)、激光回波接收镜头(7)、第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)、第三光电转换器(10)、3通道并行信号放大与鉴别电路(11)、3路并行高精度时间-数字转换电路(13)、高度计算与姿态确定模块(14)；
所述第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)与3通道并行驱动电路(5)相连；
所述第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)和第三光电转换器(10)均与3通道并行信号放大与鉴别电路(11)的输入端相连；3通道并行信号放大与鉴别电路(11)的输出端与3路并行高精度时间-数字转换电路(13)的输入端相连；3路并行高精度时间-数字转换电路(13)的输出端和高度计算与姿态确定模块(14)相连；
所述时序控制电路(6)与3通道并行驱动电路(5)、3路并行高精度时间-数字转换电路(13)和高度计算与姿态确定模块(14)相连；
所述第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)位于发射镜头(1)的焦平面内，且以发射镜头(1)的焦点为中心呈等边三角形分布；
所述第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)和第三光电转换器(10)位于激光回波接收镜头(7)的焦平面内，且其通过激光回波接收镜头(7)形成的接收视场分别覆盖由第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)通过发射镜头(1)形成的发射视场；
所述第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)在时序控制电路的作用下同步发出三束激光信号至三个激光着地点，生成的三路激光回波信号分别被第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)和第三光电转换器(10)接收后，经3通道并行信号放大与鉴别电路(11)放大、整理和鉴别，并且发送至3路并行高精度时间-数字转换电路(13)，3路并行高精度时间-数字转换电路(13)计算得出激光传感器与三个激光着地点的距离数据，将计算得到的距离数据发送至高度计算与姿态确定模块(14)，高度计算与姿态确定模块(14)结合激光传感器与无人机的相对位置，计算得到无人机到地面的距离信息和无人机的飞行姿态参数；
所述计算得到无人机到地面的距离信息和无人机的飞行姿态参数的过程包括以下步骤：
S1：通过时序控制电路，使第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)同步发出三束激光信号至三个激光着地点，所述三个激光着地点分别被定义成测点B、测点C和测点D；
S2：获取第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)到对应激光着地点的距离分别为h1、h2和h3，其中，h1为第一脉冲激光二极管(2)到测点B的距离，h2为第二脉冲激光二极管(3)到测点C的距离，h3为第三脉冲激光二极管(4)到测点D的距离；
S3：将三个激光着地点构成的平面定义成测点平面，结合激光传感器与无人机(15)的相对位置，计算得到无人机(15)到地面的距离和无人机(15)的飞行姿态参数，包括无人机(15)垂直于测点平面的高度h以及描述无人机姿态的俯仰角γ和翻滚角
Figure FDA0002576551540000021
S31：以激光传感器中发射镜头为坐标原点建立xyz空间坐标系，xoy平面与无人机平面也即三个激光二极管所确定的平面平行，x轴平行于第一脉冲激光二极管(2)和第二脉冲激光二极管(3)组成的等边三角形的一条边，y轴正方向与无人机前进方向相同且第三脉冲激光二极管(4)的投影正好落在y轴上；z轴与激光传感器的光轴重合且其正方向朝向地面，z轴通过等边三角形垂心；
S32：在该空间坐标系下，获取地面上3个激光着地点的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)分别为：
Figure FDA0002576551540000022
Figure FDA0002576551540000023
Figure FDA0002576551540000024
其中，θ为3个脉冲激光二极管发出的3束测距光束的两两之间的夹角；
S33：设无人机平面的法向量为(0，0，1)，无人机纵轴方向向量为(0，1，0)，无人机横轴方向向量为(1，0，0)，计算得到测点平面的法向量
Figure FDA0002576551540000025
为：
Figure FDA0002576551540000026
S34：由空间几何公式推导可得γ和
Figure FDA0002576551540000027
为：
Figure FDA0002576551540000028
Figure FDA0002576551540000029
无人机的测量高度h为：
Figure FDA0002576551540000031
2.根据权利要求1所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述激光传感器还包括3通道增益控制电路(12)；
所述第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)和第三光电转换器(10)均与3通道增益控制电路(12)的输出端相连；所述时序控制电路(6)与3通道增益控制电路(12)相连；
所述3通道增益控制电路(12)用以控制第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)和第三光电转换器(10)三个激光回波接收通道的增益值。
3.根据权利要求1所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述发射镜头(1)与激光回波接收镜头(7)的光轴平行，第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)和第三光电转换器(10)与第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)一一对应。
4.根据权利要求1所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述激光传感器的光轴与无人机的法线重合，且朝向地面；
所述第三脉冲激光二极管(4)与发射镜头(1)形成的测距光束在无人机轴线和法线形成的平面内，且第二脉冲激光二极管(3)与第三脉冲激光二极管(4)的连线与该平面垂直。
5.根据权利要求1所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述无人机的飞行姿态参数包括俯仰角γ和翻滚角
Figure FDA0002576551540000032
将三个激光着地点构成的平面定义成测点平面，俯仰角γ为无人机纵轴线与测点平面的夹角，翻滚角
Figure FDA0002576551540000033
为无人机横轴线与测点平面的夹角。
6.根据权利要求1所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述3通道并行信号放大与鉴别电路(11)包括依次相连的前置放大电路、脉冲整形电路和信号预处理电路。
7.根据权利要求6所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述前置放大电路为跨阻放大电路，芯片包括LTC6560；
所述脉冲整形电路包括3个高速比较器；
所述信号预处理电路包括可编程逻辑器件。
8.根据权利要求1所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述3路并行高精度时间-数字转换电路(13)包括TDC-GPX时间-数字转换芯片。
9.根据权利要求1所述的适用于无人机测高定姿的激光传感器，其特征在于，所述第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)采用近红外激光二极管；
所述第一光电转换器(8)、第二光电转换器(9)和第三光电转换器(10)采用InGaAs光电二极管。
10.一种适用于无人机测高定姿的激光传感器的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：
S1：通过时序控制电路，使第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)同步发出三束激光信号至三个激光着地点，所述三个激光着地点分别被定义成测点B、测点C和测点D；
S2：获取第一脉冲激光二极管(2)、第二脉冲激光二极管(3)和第三脉冲激光二极管(4)到对应激光着地点的距离分别为h1、h2和h3，其中，h1为第一脉冲激光二极管(2)到测点B的距离，h2为第二脉冲激光二极管(3)到测点C的距离，h3为第三脉冲激光二极管(4)到测点D的距离；
S3：将三个激光着地点构成的平面定义成测点平面，结合激光传感器与无人机(15)的相对位置，计算得到无人机(15)到地面的距离和无人机(15)的飞行姿态参数，包括无人机(15)垂直于测点平面的高度h以及描述无人机姿态的俯仰角γ和翻滚角
Figure FDA0002576551540000041
S31：以激光传感器中发射镜头为坐标原点建立xyz空间坐标系，xoy平面与无人机平面也即三个激光二极管所确定的平面平行，x轴平行于第一脉冲激光二极管(2)和第二脉冲激光二极管(3)组成的等边三角形的一条边，y轴正方向与无人机前进方向相同且第三脉冲激光二极管(4)的投影正好落在y轴上；z轴与激光传感器的光轴重合且其正方向朝向地面，z轴通过等边三角形垂心；
S32：在该空间坐标系下，获取地面上3个激光着地点的坐标(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)分别为：
Figure FDA0002576551540000042
Figure FDA0002576551540000043
Figure FDA0002576551540000044
其中，θ为3个脉冲激光二极管发出的3束测距光束的两两之间的夹角；
S33：设无人机平面的法向量为(0，0，1)，无人机纵轴方向向量为(0，1，0)，无人机横轴方向向量为(1，0，0)，计算得到测点平面的法向量
Figure FDA0002576551540000045
为：
Figure FDA0002576551540000046
S34：由空间几何公式推导可得γ和
Figure FDA0002576551540000047
为：
Figure FDA0002576551540000051
Figure FDA0002576551540000052
无人机的测量高度h为：
Figure FDA0002576551540000053
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