[發明專利]一種基于被測地形特點的機載激光雷達參數實時自適應調整方法

有效

• 申請號: 201510411966.9
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN105093925B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王建軍;霍文驍;李云龍
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于被測地形特點的機載激光雷達參數實時自適應調整方法，其特征在于包括地形特征及飛行參數測量裝置(1)、激光掃描儀參數自適應設計控制器(2)、掃描儀參數調節裝置(3)、機載平臺(4)；所述地形特征及飛行參數測量裝置(1)包括激光掃描儀(11)、飛機飛行速度測量儀(12)、航空照相機(13)；所述掃描儀參數調節裝置(3)包括脈沖重復頻率調節裝置(31)、掃描頻率調節裝置(32)、激光掃描視場角調節裝置(33)；所述機載平臺(4)是各種載荷的安裝平臺，所述地形特征及飛行參數測量裝置(1)、激光掃描儀參數自適應設計控制器(2)、掃描儀參數調節裝置(3)均固定在所述機載平臺(4)上；所述激光掃描儀參數自適應設計控制器(2)獲得激光掃描儀(11)、飛機飛行速度測量儀(12)、航空照相機(13)的測量數據，通過實時計算，獲得被測地形表面特點，即二維空間頻率和高程信息，通過優化計算，得到激光掃描儀脈沖重復頻率、掃描頻率、掃描視場角的最優調節值，并輸出控制信號，分別控制所述脈沖重復頻率調節裝置(31)、掃描頻率調節裝置(32)、激光掃描視場角調節裝置(33)實現三個工作參數值的實時調節；所述機載平臺(4)保持海拔高度不變并勻速直線飛行，當被測地形有高程變化時，所述機載平臺(4)和被測地形表面之間的相對飛行高度發生變化，造成激光掃描點云帶寬及點密度相應變化，通過實時調整掃描視場角和脈沖重復頻率的值，保持掃描點云帶寬及點密度不變；采用激光掃描儀前幾秒時間的激光測距數據以及由航空照相機獲得的前幅圖像數據，經綜合計算預測被測地形在飛行方向和橫向掃描方向上的二維地形空間頻率，記為f_gx和f_gy；當被測地形空間頻率發生變化時，通過實時調節掃描頻率和脈沖重復頻率值，改變激光掃描在二維方向上的采樣頻率，使點云密度始終符合采樣定理要求，避免后續重建三維地形模型的失真。

2.按照權利要求1所述的一種基于被測地形特點的機載激光雷達參數實時自適應調整方法，其特征在于，當理想相對飛行高度為H_E，實際相對飛行高度為H_A，飛行速度為v，理想掃描視場角為±θ_e時，則實際掃描視場角±θ_a、掃描頻率n、脈沖重復頻率f_r的計算公式分別為n＝3v·f_gy，另外由地形高程變化所需的脈沖重復頻率調整方法得實際的脈沖重復頻率可取f_r和f_a中的最大值，可同時滿足由地形高程變化和地形空間頻率變化所要求的脈沖重復頻率調整；因此，當獲得了飛機的飛行速度、相對地面的飛行高度、地形在二維方向上的空間頻率f_gx、f_gy，則可對激光掃描儀的三個參數設置值，即掃描視場角、掃描頻率、脈沖重復頻率進行實時自適應優化設計。

3.按照權利要求1所述的一種基于被測地形特點的機載激光雷達參數實時自適應調整方法，其特征在于，采用激光掃描儀的前幾秒時間的掃描點數據，結合航空照相機的圖像數據，獲得被測地形二維空間頻率，其中沿x方向的空間頻率為f_gx，沿y方向的空間頻率為f_gy；由激光掃描儀先前點云數據，根據三個方面的指標，即一條掃描線中所有正負轉角絕對值的和的均值轉角的正負突變次數w、在二維方向上正負轉角絕對值的最大值|θ_x|_max和|θ_y|_max，獲得二維地形空間頻率預測系數，其中在x方向上的預測系數計算式為在y方向上的預測系數計算式為其中的η_x和η_y為經驗比例系數，w_x和w_y分別為x方向和y方向上激光掃描線中各轉角的正負突變次數；利用航空照相機的圖像獲得地形紋理特點，其方法是由航空照相機獲得的圖像求得其梯度圖，梯度均值越大，則圖像紋理變動越大，被測地形的可能空間頻率也越大，在一副圖像中，所有像素點的梯度值的均值記為綜合激光掃描點云數據和航空攝像機圖像數據，二維地形空間頻率預測系數在x方向上的計算式為在y方向上的計算式為實際應用中，在飛行前根據掃描區域進行經驗預估，獲得二維方向上的經驗掃描頻率，在x方向記為在y方向記為另外，獲得二維地形空間頻率預測系數，在x方向記為在y方向記為則被測地形二維方向上的實時預估地形空間頻率計算式，在x方向為在y方向為