一种基于无人机的机载激光雷达系统的制作方法

本发明涉及激光雷达系统，尤其涉及一种基于无人机的机载激光雷达系统。

背景技术：

激光雷达是一种主动的现代光学遥感技术，是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光具有高亮度、高方向性、高相干性、高峰值功率的特点。因此，激光雷达具有高角分辨率、高的距离分辨率、高时间分辨率、高测量精度、远探测距离、多目标探测、强抗干扰的优点。继微波雷达之后，激光雷达将辐射源的频率提高到了光频率，比毫米波高出四个数量级，这使之能够探测微小自然目标，如大气中的气溶胶和分子。随着激光技术和光电子学技术的发展，激光雷达已成为重要遥感探测手段。

根据搭载平台不同，激光雷达主要有三种：地基激光雷达，机载激光雷达和星载激光雷达。

地基激光雷达，也常称为地面激光雷达扫描仪，通常用于单一目标或者小尺度精细三维数据的采集。根据地基激光雷达工作方式的不同又可以细分为固定站式激光雷达扫描仪和移动式激光雷达扫描仪。固定站式激光雷达扫描仪以单站扫描、多站拼接的方式实现对整个测区的覆盖；移动式地面激光雷达，以背包式和车载激光雷达系统为代表。然而，地基激光雷达由于布置在地面，测量视野容易被地面障碍物遮挡，导致测量场地受限。

星载激光雷达是以卫星平台为依托进行大尺度三维信息数据的获取。相比于机载激光雷达，星载激光雷达运行轨道高、观测视野广，理论上具备提供全球数据的能力。但是，由于星载激光雷达的轨道高度和发射频率的限制，星载激光雷达的数据密度较低，分辨率很低，难以实现空间上连续的观测。

机载激光雷达是以飞行器为搭载平台，通常用于区域尺度三维信息数据的快速获取。目前机载激光雷达主要搭载的飞行器平台有航天器、飞机、汽艇、动力三角翼、无人机等，飞机平台和无人机平台是其中两个典型的代表。

本发明的发明人发现：飞机体积庞大、价格高昂，且不能悬停测量；另外，搭载在飞机的激光雷达只能自上而下测量，且测量曲线为沿飞机一直线。而无人机体积小，成本低，且可悬停在不同高度，利用无人机自身姿态控制，可对大气进行ppi扫描，在不同高度处，给出目标物的场分布。因此，无人机机载激光雷达具有测量视场大、可定点定向观测扫描的优点。

但是，本发明的发明人发现：无人机体积小，重量轻，且无人机在空中运行依靠电池供电，因此，无人机对负载的重量和用电量都有严格的限制。以大疆某型号无人机为例：最大起飞重量3600g，电池容量5700mah，无负载悬停时间：20-40分钟。可见，无人机有负载时，电池消耗更快，悬停时间明显缩短。

激光雷达是一种精密的测量仪器，包括多个精密的光电器件，如各种镜片、激光器、探测器、采集卡等，这些器件对温度要求很高。温度过高会导致镜片、望远镜镜筒等变形，从而导致整个光路变形，焦点位置改变，无法接收有效信号，影响测量精度；温度过低会导致一些器件如探测器无法工作。为了保证激光雷达正常工作，激光雷达内部温度须控制在严格的温度区间，如25-30度。而激光雷达主要工作在户外，环境温度可达-40～80度之间。因此，需要对激光雷达内部进行稳定的温度控制。现有的激光雷达系统，普遍采用空调进行温控，特别是降温，空调的功率为千瓦级，运行耗电量很大，这种温控方式在供电充足的地基及大飞机、卫星上没有问题。然而，无人机依靠电池供电，电池容量有限，搭载在无人机上的激光雷达也只能依靠电池供电，若采用空调进行温控，电池电量会迅速耗尽。因此，如何保证无人机载激光雷达在有限的供电下完成温度控制，保证其在预定的时间内正常工作，成为无人机机载激光雷达亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于无人机的机载激光雷达系统，其在保证激光雷达内部温度的前提下，具有耗电量低，续航时间长等优点。

本发明是这样实现的：一种基于无人机的机载激光雷达系统，所述激光雷达系统包括外壳体、无源光学模块、激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块及温度控制模块；其中：

所述无源光学模块、激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块及温度控制模块均设置在所述外壳体内；

所述主控模块用于控制激光光源、探测器、数据采集模块及温度控制模块工作；

所述无源光学模块包括光学隔热仓及设置在所述光学隔热仓内的望远镜模块及若干个无源的激光雷达光学组件；

所述温度控制模块包括第一温度检测组件和制冷模块；所述第一温度检测组件用于采集所述无源光学模块的温度信息；所述制冷模块用于对所述无源光学模块降温；所述制冷模块包括至少一个制冷单元，每个制冷单元包括冷气瓶、导气管和阀门组件，所述冷气瓶内容纳有压缩气体，所述压缩气体为液化或固化的阻燃气体，所述导气管用于输出所述冷气瓶内的气体；所述阀门组件用于在主控模块的控制下控制导气管开闭；

所述主控模块用于获取第一温度检测组件采集的温度信息，在所述温度信息高于预定的第一温度阈值时控制制冷模块工作；所述光学隔热仓的侧壁开设有导气孔，所述制冷单元输出的气体通过所述导气孔进入所述光学隔热仓；

所述温度控制模块还包括风扇模块和第二温度检测组件；所述第二温度检测组件用于采集所述激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块处的温度信息；

所述主控模块还用于根据所述第二温度检测组件测量的温度信息控制所述风扇模块工作。

进一步地，所述光学隔热仓内设置有金属导热管，所述金属导热管的入口与所述导气管的出口连通，所述望远镜模块包括望远镜镜筒和望远镜镜片，所述金属导热管紧贴所述望远镜镜筒的外壁。

进一步地，所述导气管的出口连接两路金属导热管，所述两路金属导热管分别设置在所述望远镜镜筒相对的两侧。

进一步地，所述制冷单元还包括压力检测组件和调压阀，所述压力检测组件和调压阀均设置在导气管的管路上，压力检测组件用于检测导气管路中的气体压力；所述压力检测组件和调压阀均与主控模块连接；

所述主控模块用于获取压力检测组件检测到的气体压力，控制调压阀工作，以输出不大于预定的第一压力值的气体。

进一步地，所述温度控制系统还包括加热模块，所述主控模块还用于在所有压力检测组件检测到的气体压力均小于预定的第二压力阈值时发送报警信号。

进一步地，所述温度控制系统还包括加热模块，所述加热模块包括多个电加热膜，所述电加热膜紧贴在所述望远镜镜筒的外侧壁；所述主控模块还用于在所述温度信息低于预定的第二温度阈值时控制加热模块工作。

进一步地，还包括无人机，所述无人机上设置有无人机支架，所述激光雷达系统设置在所述无人机支架上，所述外壳体的顶部设置有吊装架，所述激光雷达系统通过所述吊装架设置在无人机支架上。

进一步地，所述吊装架上还设置有减震组件，所述减震组件分别与所述外壳体和吊装架连接，用于对所述激光雷达系统减震。

综上所述，本发明提供了一种基于无人机的机载激光雷达系统，在无源光学模块设置光学隔热仓，将望远镜模块及若干个无源的激光雷达光学组件设置在光学隔热仓内，设置温度控制模块对整个激光雷达系统的无源光学模块和激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块进行精确有机地温度控制。本发明利于压缩气体在释放过程中可迅速制冷的特性，制冷模块工作时不需要消耗额外的电能，不产生功耗。

本发明的温度控制模块包括第一温度检测组件和制冷模块；第一温度检测组件用于采集无源光学模块的温度信息；制冷模块用于对无源光学模块降温。本发明采用储有压缩气体的冷气瓶作为制冷单元的核心组件，对激光雷达无源光学模块进行迅速有效地降温，保证激光雷达核心部件正常工作。冷气瓶内的压缩气体在释放过程中迅速制冷，整个过程完全不消耗激光雷达乃至整个无人机的电池，巧妙地解决了无人机有限的电池供电与激光雷达严格的温控的矛盾。

同时，本发明的温度控制模块还包括风扇模块和第二温度检测组件；第二温度检测组件用于采集激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块处的温度信息，主控模块还用于根据第二温度检测组件测量的温度信息控制风扇模块工作。本发明分别针对激光雷达内部不同器件的耐热性及整台激光雷达散热考虑，为各组件设置相应的温度检测机制，并设置相应的温度控制阈值，对每个风扇单独控制，在提高温度控制的精确度的同时，还能节省风扇功耗，降低整个激光雷达的功耗，在保证无人机机载激光雷达正常工作的前提下，提高其续航时间和测量时间。

本发明的系统，克服了激光雷达系统只能采用空调和风扇降温的技术偏见。采用组合式降温方案，保证无人机载激光雷达在有限的供电下完成温度控制，保证其在预定的时间内正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统的激光雷达结构图；

图2是本发明实施例提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统的激光雷达内部结构图；

图3是本发明实施例提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统的制冷模块的结构图；

图4是本发明实施例提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统的整体结构图。

图中：100-望远镜模块，101-光学隔热仓，102-望远镜镜片，201-冷气瓶，202-导气管，203-阀门组件，204-金属导热管，205-电加热膜，206-支撑架，301-激光光源，302-光放大器，303-散热片，304-第一风扇，305-探测器，306-第二风扇，400-外壳体，401-光学保护窗，500-无人机支架，600-吊装架，601-减震组件。

具体实施方式

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的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。

实施例：

图1是本发明实施例提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统的激光雷达结构图。

无人驾驶飞机简称“无人机”(“uav”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。

根据民航法规，按尺度分类，无人机可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。微型无人机是指空机质量小于等于7kg，轻型无人机是指质量大于7kg，但小于等于116kg的无人机，且全马力平飞中，校正空速小于100km/h(55nmile/h)，升限小于3000m。小型无人机，是指空机质量小于等于5700kg的无人机，微型和轻型无人机除外。大型无人机，是指空机质量大于5700kg的无人机。

按飞行平台构型分类，无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机、无人飞艇、伞翼无人机、扑翼无人机等。

本发明特别适用于轻型旋翼无人机。

在一个优选的实施例中，本发明中所提到的无人机为轻型旋翼无人机。本发明提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统为一种基于轻型旋翼无人机的机载激光雷达系统。

如图1所示，本发明提供了一种基于无人机的机载激光雷达系统，所述激光雷达系统包括外壳体400、无源光学模块、激光光源301、探测器305、数据采集模块、主控模块及温度控制模块。

所述无源光学模块、激光光源301、探测器305、数据采集模块、主控模块及温度控制模块均设置在所述外壳体400内。

所述主控模块用于控制激光光源301、探测器305、数据采集模块及温度控制模块工作。

在一个具体的实施例中，激光光源301为激光器，探测器305为光电探测器305，数据采集模块为模数转换器如数据采集卡。主控模块可以是单片机、mcu、计算机等。

所述无源光学模块包括光学隔热仓101及设置在所述光学隔热仓101内的望远镜模块100及若干个无源的激光雷达光学组件。

对于收发分置的激光雷达系统，望远镜模块100可以包括发射望远镜和接收望远镜。在一些收发同置的激光雷达中，望远镜可以仅包括一个收发望远镜。

在本发明实施例中，望远镜模块100包括望远镜镜筒和发射望远镜和接收望远镜。为减轻整机重量，降低无人机的负载重量和功耗，望远镜镜筒采用密度低且不易变形的金属材质。

本发明所述的无源的激光雷达光学组件为自身不发光发热的光学元件，如镜片、光纤。

由于无源光学模块，特别是望远镜模块100中的望远镜镜筒及望远镜镜片102温度过高会造成激光雷达光路变形扭曲、影响测量精度。因此，当环境温度升高时，对无源光学模块迅速有效地降温，保证无源光学模块的各器件工作稳定。同时，由于本发明的无人机及激光雷达上采用电池供电，电池容量非常有限。且对于飞行中的无人机而言，电池本身也是一种较重的负载，需要消耗一定的电量。为了解决无人机的有限的电池供电与激光雷达苛刻的温度控制需求的矛盾，本发明提出了一整套的基于无人机的激光雷达温度控制解决方案。

本发明的温度控制模块包括第一温度检测组件和制冷模块；所述第一温度检测组件用于采集所述无源光学模块的温度信息。

具体地，所述第一温度检测组件包括多个第一温度检测单元，第一温度检测单元为温度传感器或热敏电阻。所述若干个温度传感器或热敏电阻设置在光学隔热仓101内。在一个优选的实施例中，第一温度检测组件内的温度传感器或热敏电阻分布在望远镜模块100的望远镜镜筒上。

图3是本发明实施例提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统的制冷模块的结构图。如图3所示，所述制冷模块用于对所述无源光学模块降温；所述制冷模块包括至少一个制冷单元，每个制冷单元包括冷气瓶201、导气管202和阀门组件203，所述冷气瓶201内容纳有压缩气体，所述压缩气体为液化或固化的阻燃气体，所述导气管202用于输出所述冷气瓶201内的气体；所述阀门组件203用于在主控模块的控制下控制导气管202开闭。当导气管202打开时，冷气瓶201内的压缩气体从导气管202释放，发生气化、从周围空气中吸收热量，从而产生制冷效果，对目标位置降温。当导气管202关闭时，压缩气体保存在冷气瓶201内。

所述阀门组件203为电控阀门，如电磁阀、球阀等。

所述光学隔热仓101的侧壁开设有导气孔，所述制冷单元输出的气体通过所述导气孔进入所述光学隔热仓101，吸收光学隔热仓101内的热量，达到对光学隔热仓101内降温的效果。

所述主控模块用于获取第一温度检测组件采集的温度信息，在所述温度信息高于预定的第一温度阈值时控制制冷模块工作。本发明的发明人经研究发现：当激光雷达的温度在25-30度范围内时，激光雷达的测量精度最高。因此，第一温度阈值可以是30度。

为了提高制冷效率，所述压缩气体优选为制冷剂。制冷剂在低温下吸取被冷却物体的热量，然后在较高温度下转移给空气。在一些实施例中，压缩气体为气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气体在制冷循环中始终为气态。气体制冷剂在制冷的同时，节能环保，不会造成空气污染。

在一些实施例中，所述压缩气体为在常温或较低温度下能液化的制冷剂，如氟利昂(饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物)，共沸混合工质(由两种氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液)、碳氢化合物(丙烷、乙烯等)、氨等。

本发明利于压缩气体在释放过程中可迅速制冷的特性，制冷模块工作时不需要消耗额外的电能，不产生功耗。

本发明采用储有压缩气体的冷气瓶201作为制冷单元的核心组件，对激光雷达无源光学模块进行迅速有效地降温，保证激光雷达核心部件正常工作。冷气瓶201内的压缩气体在释放过程中迅速制冷，整个过程完全不消耗激光雷达乃至整个无人机的电池，巧妙地解决了无人机有限的电池供电与激光雷达严格的温控的矛盾。

为了进一步提供对无人机载激光雷达无源光学模块的降温效果，降低温控功耗，本发明的光学隔热仓101为保温隔热结构，且光学隔热仓101具有很好的密封性。在一个实施例中，所述光学隔热仓101的内壁覆盖有保温隔热材料，或者，所述光学隔热仓101的侧壁全部或部分为保温隔热材料，如泡沫。在一个优选的实施例中，所述光学隔热仓101的主要支架为刚性金属材料，一个或多个侧板为保温隔热材料。这样设计的好处在于，能够保证光学隔热仓101结构强度的同时，尽可能地减轻光学隔热仓101的重量，同时提高隔热效果。

在一个实施例中，所述光学隔热仓101的侧壁开设有导气孔，所述制冷单元输出的气体通过所述导气孔直接进入所述光学隔热仓101，吸收光学隔热仓101内的热量，对光学隔热仓101内降温的效果。此时，制冷单元的阀门组件203的输出端连接一个排气管，所述排气管通过导气孔进入光学隔热仓101内部，通过对光学隔热仓101内的空气降温实现对望远镜模块100及其他光学器件的降温。

在一个实施例中，如图2、图3所示，光学隔热仓101的一个侧壁还设置有支撑架206，所述支撑架206用于支撑所述冷气瓶201。冷气瓶201与支撑架206为可拆卸连接，从而方便更换冷气瓶201，当一个冷气瓶201内的压缩气体用完后，可将其取下，替换为新的冷气瓶201，提高系统的灵活性。

在另一实施例中，所述光学隔热仓101内设置有金属导热管204，所述金属导热管204的入口与所述导气管202的出口连通，所述望远镜模块100包括望远镜镜筒和望远镜镜片102，所述金属导热管204紧贴所述望远镜镜筒的外壁。

所述金属导热管204可以是铜管，本发明的发明人发现，铜管能够在实现预定的导热性能的同时，密度最小。

望远镜的望远镜镜筒为金属材质，具有较好的导热性，当采用金属导热管204紧贴望远镜镜筒时，能够迅速地将制冷单元释放的冷量直接传导至望远镜镜筒。相比于制冷单元先对望远镜镜筒周围的空气冷却，继而由空气将冷量传导至望远镜镜筒对望远镜镜筒冷却的技术方案，金属导热管204的冷却效率更高，减少冷量的浪费。

在另一实施例中，考虑到望远镜镜筒受热不均也会造成变形，为了实现更均匀地冷却效果，所述导气管202的出口连接两路金属导热管204，所述两路金属导热管204分别设置在所述望远镜镜筒相对的两侧。这样一来，望远镜镜筒两侧同时降温，最大限度地抑制了望远镜镜筒变形，保证了激光雷达的测量精度。

当然，在另一实施例中，布置有多个制冷单元，每个制冷单元的导气管202的出口均连接一路金属导热管204，多个金属导热管204围绕望远镜镜筒形成均匀分布的降温阵列，保证望远镜镜筒迅速且均匀地降温。

对于激光雷达系统而言，各组件、各部位对于温度的敏感性和耐受性不同；因此，需要设计针对激光雷达不同位置的精准的温控方案，更充分地利用有限的温控资源和电池，从而延长无人机续航时间，延长无人机载激光雷达测量时间。如图3所示，望远镜模块100的望远镜镜筒包括多个侧面，其中设置有望远镜的侧面称为镜片侧板。本发明的发明人发现：镜片侧板的形变对激光雷达的性能影响最大；因此，设置在望远镜的镜片侧板的金属导热管204的密度高于望远镜镜筒其他侧面的金属导热管204的密度。同时，为了保护望远镜镜片102不被高温损伤，望远镜镜片102上方设置有导气管202的排气口，排气口用于输出冷气，直接对望远镜镜片102上方的空气降温。

进一步的，所述主控模块用于获取第一温度检测组件采集的温度信息，在所述温度信息高于预定的第一温度阈值时控制制冷模块工作，包括：

所述主控模块用于获取第一温度检测组件测量的温度信息，根据预设的权重分布，对第一温度检测组件中每个第一温度检测单元测量值加权平均，得到加权温度。所述主控模块还用于在所述加权温度高于预定的第一温度阈值时控制制冷模块工作。从而提高温度控制的精确度。

具体的，例如，望远镜镜片102处的第一温度检测单元的权重高于望远镜镜筒其他位置第一温度检测单元的权重。传输光纤处的第一温度检测单元的权重高于空中第一温度检测单元的权重。

在一个实施例中，所述制冷单元还包括压力检测组件和调压阀，所述压力检测组件和调压阀均设置在导气管202的管路上，压力检测组件用于检测导气管202路中的气体压力；所述压力检测组件和调压阀均与主控模块连接；所述主控模块用于获取压力检测组件检测到的气体压力，控制调压阀工作，以输出不大于预定的第一压力值的气体。通过调整制冷单元输出的气体压力值，控制制冷单元缓慢释放气体，从而延长制冷时间。

在一个实施例中，所述主控模块还用于在所有压力检测组件检测到的气体压力均小于预定的第二压力阈值时发送报警信号。

主控模块和无人机的控制模块电性连接，即主控模块与无人机的控制模块可通信。主控模块检测到所有压力检测组件检测到的气体压力均小于预定的第二压力阈值时，获取第一温度检测组件测量的温度信息，若所述温度信息高于预定的危险值，则主控模块向无人机的控制模块发出危险信息。无人机的控制模块接收到所述危险信息后，控制无人机飞回。

如图1所示，所述外壳体400上还设置有光学保护窗401，所述光学保护窗401设置在望远镜镜片102的上方，或者说，所述光学保护窗401设置在望远镜镜片102的外部。由于望远镜镜片102是激光雷达的核心器件，上面镀有特殊膜层。所述光学保护窗401能够保护望远镜镜片102，防止望远镜镜片102与外界空气直接接触而受到侵蚀。

激光雷达内部还包括多个热源，例如探测器305、数据采集模块、主控模块，这些热源在工作过程中会产生热量。当然，在一些实施例中，激光雷达还包括光放大器302，光放大器302用于对激光雷达的光信号进行放大，也是重要的热源。这些热源本身的耐热性要高于无源光学模块，但是，由于多个热源工作过程会产生大量的热量，因此，需要及时有效地对其散热，以保证各热源正常工作，同时，避免热量传递到无源光学模块中。

因此，本发明的所述温度控制模块还包括风扇模块和第二温度检测组件；所述第二温度检测组件用于采集所述激光光源301、探测器305、数据采集模块、主控模块处的温度信息。

具体的，所述外壳体400上相对的两侧壁上开设有多个风扇孔，两侧壁的风扇孔之间形成排风通道。

所述风扇模块包括多组第一风扇304，每组第一风扇304包括两个在风扇孔上相对设置的第一风扇304，每组第一风扇304均形成一个排风通道。位于外壳体400一侧的风扇形成进风口，位于外壳体400另外一侧的风扇形成出风口。为了保证激光雷达外壳体400内部的空气清洁，减小灰尘对激光雷达组件的干扰，所述第一风扇304的外侧设置有过滤网，过滤网用于过来空气杂质。

图2示出了两组第一风扇304，激光光源301位于第一组第一风扇304形成的排风通道上；光放大器302位于第二组第一风扇304形成的排风通道上。

在一个实施例中，考虑到激光光源301和光放大器302发热量大，如图2所示，本发明的激光光源301和光放大器302分别设置在光学隔热仓101相对的两侧，在激光光源301和光放大器302的侧壁设置有多个密级排列的散热片303，对激光光源301和光放大器302进行散热。为了进一步提高散热效果，所述散热片303设置在第一风扇304的排风通道之间。所述多个散热片303呈层叠阵列式分布，两层散热片303的间隔不大于1cm，从而提高散热效率。

由于激光光源301、探测器305和光放大器302属于精密的光学元件，且发热量大，为了提高这几个器件的散热效果，本发明在激光光源301、探测器305和光放大器302的侧壁设置有多个散热片303。

在一个实施例中，为了使激光雷达内部的结构更紧凑、布局更合理、散热更充分，探测器305设置在激光光源301的下方。数据采集模块和主控模块集成在一起，设置在激光光源301的下方。这样一来，整个系统内部的光学线路(例如光纤布局)更紧凑，光纤长度最短；同时，电线(导线)的长度也最短，信号干扰最小。

在一个实施例中，考虑到探测器305发热量大，且探测器305属于精密光电器件，对工作温度要求严格，如图2所示，探测器305的侧壁设置有多个密级排列的散热片303。为了进一步提高对探测器305的散热，在探测器305的散热片303上还设置有第二风扇306，所述第二风扇306用于对探测器305散热。

所述主控模块还用于根据所述第二温度检测组件测量的温度信息控制所述风扇模块工作。

进一步的，所述第二温度检测组件包括光源温度检测单元、探测器305温度检测单元、光放大器302温度检测单元和控制模块温度检测单元。所述光源温度检测单元用于检测激光光源301处的温度；所述探测器305温度检测单元用于检测探测器305处的温度；所述光放大器302温度检测单元用于检测光放大器302处的温度；所述控制模块温度检测单元用于检测主控模块处的温度。

进一步的，所述主控模块还用于根据所述第二温度检测组件测量的温度信息控制所述风扇模块工作，包括：

所述主控模块用于获取第二温度检测组件测量的温度信息，在光源温度检测单元检测的温度信息高于预定的第三温度阈值时，控制激光光源301处的第一风扇304工作；在光放大器302温度检测单元检测的温度信息高于预定的第四温度阈值时，控制光放大器302处的第一风扇304工作；在探测器305温度检测单元检测到的温度信息高于预定的第五温度阈值时，控制第二风扇306工作。

本发明分别针对激光雷达内部不同器件的耐热性及整台激光雷达散热考虑，为各组件设置相应的温度检测机制，并设置相应的温度控制阈值，对每个风扇单独控制，在提高温度控制的精确度的同时，还能节省风扇功耗，降低整个激光雷达的功耗，在保证无人机机载激光雷达正常工作的前提下，提高其续航时间和测量时间。

进一步的，所述温度控制系统还包括加热模块，所述加热模块包括多个电加热膜205，所述电加热膜205紧贴在所述望远镜镜筒的外侧壁；所述主控模块还用于在所述温度信息低于预定的第二温度阈值时控制加热模块工作。本发明采用电加热膜205非常轻巧，只需要贴附在望远镜镜筒，就可固定。且电加热膜205与望远镜镜筒的接触面大，加热效率高，热损耗小。特别适用于基于无人机的机载激光雷达系统。

作为可替换的方案，所述加热模块还可以是pi加热膜、陶瓷发热器和电阻丝等。

图4是本发明实施例提供的一种基于无人机的机载激光雷达系统的整体结构图。如图4所示，本发明的系统还包括无人机。所述无人机上设置有无人机支架500，所述激光雷达系统设置在所述无人机支架500上，所述外壳体400的顶部设置有吊装架600，所述激光雷达系统通过所述吊装架600设置在无人机支架500上。

进一步的，所述吊装架600上还设置有减震组件601，所述减震组件601分别与所述外壳体400和吊装架600连接，用于对所述激光雷达系统减震，增强激光雷达系统的稳定性。所述减震组件601为弹性元件或柔性元件。

用于大气探测的激光雷达，简称大气激光雷达，大气激光雷达的基本原理是：出射激光脉冲与大气相互作用，采用光学天线收集大气后向散射信号后输入光学接收机，经光电探测和数据处理后，得出一系列关键大气参数。诸如气溶胶浓度、pm2.5值、云高、温度、湿度、能见度、大气成分(如水汽、各种污染气体)等。

大气激光雷达要测量大气参数，因此大气激光雷达需要向空间各个方向扫描，包括水平及垂直方向，包括向上及向下扫描。本发明提供的无人机机载的激光雷达系统在大气参数测量方面具有优势。具体的，本发明的激光雷达系统通过改变激光雷达在无人机上的装配角度，可实现多角度测量。

进一步地，在一个实施例中，为了减轻整个系统的重量，减小系统体积，本发明的系统采用全光纤结构，光学组件(包括激光光源、望远镜、光放大器)之间均采用光纤连接，所述激光光源输出的光波长为c-band通讯波段，c-band通讯波段的波长范围为1530nm～1570nm。本发明采用c-band通讯波段作为激光探测波段，对人眼安全，且采用该波段探测极大地提高了激光雷达系统探测的隐蔽性，且可与通讯光纤实现无缝连接。

图4给出的实施方式中，激光雷达系统通过所述吊装架600设置在无人机支架500上，望远镜镜片102朝向上方设置，可以实现向上方扫描，获取垂直向上空间的大气参数。在另外的实施例中，如果需要获取水平方向大气参数，可以将激光雷达水平装配在无人机支架500上。

由于大气后向散射信号非常微弱，对于弱信号检测，需要大口径望远镜系统和复杂的光路接收机。导致大气激光雷达整体配重大。而用于扫描地形的激光雷达，只需要测量地面的硬目标反射，相比微弱的大气粒子后向散射信号，硬目标的信号强，体积小，价格低，结构简单。且扫描地形的激光雷达，只需要向下扫描，而大气探测需要向空间不同方向扫描。因此，大气激光雷达对设备及平台的要求非常高，设计难度大。

本发明提供的无人机机载的激光雷达系统在大气参数测量方面尤其具有优势。其可实现大气空间多角度的扫描；普通飞机只能向下扫描，且不能实现悬停测量。本发明的无人机载激光雷达系统。

综上所述，本发明提供了一种基于无人机的机载激光雷达系统，在无源光学模块设置光学隔热仓，将望远镜模块及若干个无源的激光雷达光学组件设置在光学隔热仓内，设置温度控制模块对整个激光雷达系统的无源光学模块和激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块进行精确有机地温度控制。本发明利于压缩气体在释放过程中可迅速制冷的特性，制冷模块工作时不需要消耗额外的电能，不产生功耗。

本发明的温度控制模块包括第一温度检测组件和制冷模块；第一温度检测组件用于采集无源光学模块的温度信息；制冷模块用于对无源光学模块降温。本发明采用储有压缩气体的冷气瓶作为制冷单元的核心组件，对激光雷达无源光学模块进行迅速有效地降温，保证激光雷达核心部件正常工作。冷气瓶内的压缩气体在释放过程中迅速制冷，整个过程完全不消耗激光雷达乃至整个无人机的电池，巧妙地解决了无人机有限的电池供电与激光雷达严格的温控的矛盾。

同时，本发明的温度控制模块还包括风扇模块和第二温度检测组件；第二温度检测组件用于采集激光光源、探测器、数据采集模块、主控模块处的温度信息，主控模块还用于根据第二温度检测组件测量的温度信息控制风扇模块工作。本发明分别针对激光雷达内部不同器件的耐热性及整台激光雷达散热考虑，为各组件设置相应的温度检测机制，并设置相应的温度控制阈值，对每个风扇单独控制，在提高温度控制的精确度的同时，还能节省风扇功耗，降低整个激光雷达的功耗，在保证无人机机载激光雷达正常工作的前提下，提高其续航时间和测量时间。

本发明的系统，克服了激光雷达系统只能采用空调和风扇降温的技术偏见。采用组合式降温方案，保证无人机载激光雷达在有限的供电下完成温度控制，保证其在预定的时间内正常工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。