[發(fā)明專利]一種機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)及其掃描方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611131238.3
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106772314B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊榮偉;陳德應(yīng);葉光超;李旭東;董志偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

一種機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)及其掃描方法，它涉及機載測繪激光雷達掃描系統(tǒng)及其掃描方法。解決現(xiàn)有推帚式掃描體制沿平臺運動軌跡上被測區(qū)域的寬度將受到探測器視場角的限制的問題。掃描系統(tǒng)包括激光器、負柱面鏡、兩個正柱面鏡、鍍膜反射鏡、反射鏡安裝架、光柵編碼器、諧波減速器及伺服電機；方法：機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)在機載平臺直線運動的基礎(chǔ)上，激光器射出的激光束依次經(jīng)過負柱面鏡、第一正柱面鏡及第二正柱面鏡形成扇形激光束，并射到鍍膜反射鏡上，經(jīng)鍍膜反射鏡反射后在地面形成線型激光腳點，通過鍍膜反射鏡的往復(fù)轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)地面上的線型激光腳點沿Z軸方向發(fā)生平移，最終實現(xiàn)對地面被測區(qū)域的掃帚式掃描。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機載測繪激光雷達掃描系統(tǒng)及其掃描方法。

背景技術(shù)

基于線陣探測器的機載激光雷達通常具有探測視場寬、測距精度高、距離景深大、作用距離遠和數(shù)據(jù)更新率高等顯著優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于地形測繪、海岸帶監(jiān)測、城市三維重構(gòu)、森林生態(tài)研究、城市變化監(jiān)測等領(lǐng)域中。基于線陣探測激光雷達的三維測繪技術(shù)是一種可以快速獲得目標三維空間信息的新型光學(xué)探測手段，在遠距離目標三維圖像重建和高空機載寬幅測繪中具有巨大的潛在應(yīng)用價值。

目前基于線陣探測激光雷達的機載測繪應(yīng)用中，一般均采用推帚式掃描體制，如圖1所示，X為機載平臺飛行方向，10為線型激光腳點。在推帚式掃描體制下，線型激光腳點的長軸方向與飛機飛行方向垂直，激光束出射方向相對于飛機固定不變，激光腳點對地面的掃描完全依賴于飛機平臺的運動。這種掃描方式雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是沿平臺運動軌跡上被測區(qū)域的寬度將受到探測器視場角的限制，不利于進行寬幅三維測繪任務(wù)。因此，如何建立一種適用于遠距離寬幅測繪的掃描裝置是機載測繪應(yīng)用中一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)及其掃描方法；以解決現(xiàn)有推帚式掃描體制雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是沿平臺運動軌跡上被測區(qū)域的寬度將受到探測器視場角的限制，不利于進行寬幅三維測繪任務(wù)的問題。

一種機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)包括激光器、負柱面鏡、第一正柱面鏡、第二正柱面鏡、鍍膜反射鏡、反射鏡安裝架、光柵編碼器、諧波減速器及伺服電機；

激光器射出的激光束依次經(jīng)過負柱面鏡聚焦、第一正柱面鏡準直及第二正柱面鏡擴束形成發(fā)散角為θ_T的扇形激光束，并射到鍍膜反射鏡上，經(jīng)鍍膜反射鏡反射后在地面形成線型激光腳點，且線型激光腳點的長軸方向與機載平臺飛行方向平行；

所述的鍍膜反射鏡設(shè)置在反射鏡安裝架上，反射鏡安裝架連接有光柵編碼器，在光柵編碼器及伺服電機之間設(shè)有諧波減速器，諧波減速器在伺服電機的驅(qū)動下進行轉(zhuǎn)動，諧波減速器帶動反射鏡安裝架轉(zhuǎn)動；設(shè)機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)中鍍膜反射鏡的轉(zhuǎn)動角度為掃描角α，設(shè)垂直于機載平臺指向天空方向為Y軸，當線型激光腳點沿Y軸反方向出射時掃描角α為0°，鍍膜反射鏡的轉(zhuǎn)動角度由光柵編碼器讀出并反饋給伺服電機；

所述的負柱面鏡、第一正柱面鏡及第二正柱面鏡的母線相互平行。

一種機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)的掃描方法，是按以下步驟進行的：

設(shè)機載平臺飛行方向為X軸，垂直于機載平臺指向天空方向為Y軸，飛機右側(cè)機翼方向為Z軸，且Z軸與XY平面垂直；

在機載平臺對地面測繪中，機載測繪激光雷達掃帚式掃描系統(tǒng)在機載平臺沿X軸直線運動的基礎(chǔ)上，激光器射出的激光束依次經(jīng)過負柱面鏡聚焦、第一正柱面鏡準直及第二正柱面鏡擴束形成發(fā)散角為θ_T的扇形激光束，并射到鍍膜反射鏡上，經(jīng)鍍膜反射鏡反射后在地面形成線型激光腳點，通過鍍膜反射鏡的往復(fù)轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)地面上的線型激光腳點沿Z軸方向發(fā)生平移，最終實現(xiàn)對地面被測區(qū)域的掃帚式掃描；