[实用新型]机载扫描激光雷达系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种使用激光雷达进行扫描得到测绘数据的设备和系统，尤其涉及一种机载扫描激光雷达系统，属于激光雷达领域。

背景技术

机载激光雷达(Light Detection And Ranging，LiDAR)的工作波长从红外延伸到紫外光谱段。它以飞机为平台，激光为载频，是光、机、电结合的产物，也是雷达频率延伸到更高频段的结果。它将激光测距(LS)技术、全球定位(GPS)技术、惯性导航(INS)技术集于一体，用于生成精确的数字高程模型(DEM)和数字地面模型(DTM)。激光雷达工作时，激光器发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到反射回来的传播时间。鉴于光速是已知的，传播时间即可转换为对距离的测量。结合激光器的空间位置和飞行平台的姿态参数，就可以精确地计算出每一个地面激光脚点的三维坐标。

随着激光技术、传感器技术、计算机技术的发展，机载激光雷达测量技术成为一种获取高分辨率三维空间信息的全新技术手段。机载激光雷达测量不受天气条件限制，故能全天候对地观测；激光脉冲能穿透树林遮挡，故能获得地表物体的垂直结构形态；计算机连续自动获取探测数据，使得数据处理朝智能化和自动化方向发展。这些特点使机载激光雷达在地形测绘、资源勘探、环境监测、森林调查、灾害监测等方面具有广泛的应用前景。

激光雷达已经广泛应用于测量、遥感、测距等领域，目前国内的激光雷达主要通过从国外进口的方式来引入，在硬件设备上没有更多的扩展性和二次开发能力，因此，普通的激光雷达在使用时往往受到稳定性、可靠性和机载平台的影响，使用精度不高。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，解决好现有技术的问题，弥补现有目前市场上现有产品的不足。

本实用新型提供了一种机载扫描激光雷达系统，包括测量装置，扫描仪，成像装置，控制、监测、记录装置，GPS接收机和姿态测量装置，所述控制、监测、记录装置分别与所述测量装置、扫描仪，成像装置，GPS接收机和姿态测量装置连接，所述扫描仪还分别与测量装置和成像装置连接。

优选的，上述控制、监测、记录装置由控制装置、监测器和记录仪组成。

优选的，上述GPS接收机为动态差分GPS接收机。

优选的，上述姿态测量装置测量飞机的横滚、侧向和俯仰三种姿态数据。

优选的，上述成像装置记录测量区域的空间几何特征。

优选的，上述GPS接收机测量激光器空间投影中心的空间坐标。

优选的，上述测量装置为激光测距仪，测量激光器空间投影中心与地面激光脚点之间的距离。

本实用新型提供的机载扫描激光雷达系统在飞行作业时，对飞行高度没有限制，摆动的步进均匀，设备具有可靠的稳定性，扫描采样率较高。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型提供的机载扫描激光雷达系统通过逐点扫描获取地表的点云数据，配合POS测量系统获得三维地表信息。系统由以下四部分组成：

①激光测距仪，它测量激光器空间投影中心与地面激光脚点之间的距离；

②动态差分GPS接收机，它测量激光器空间投影中心的空间坐标；

③姿态测量装置，它测量激光器的三个姿态参数；

④成像装置，它记录测量区域的空间几何特征。

若空间有一向量S，其模为S，方向为(θ，ω，κ)，如能测出该向量起点G的坐标(X_G，Y_G，Z_G)，则该向量另一端点P的坐标(X_P，Y_P，Z_P)便可以唯一确定。

对于机载激光雷达测量系统，起点G为遥感器光学系统的空间投影中心，其坐标(X_G，Y_G，Z_G)可利用动态差分GPS接收机测定；向量的模S可通过机载激光测距仪参考中心到地面激光脚点的距离得到；方向角(θ，ω，κ)可用高精度姿态测量装置进行测量，那么任意激光脚点P的地理坐标(X_P，Y_P，Z_P)可由下式求得：