[发明专利]一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统及其扫描方法

权利要求书

1.一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统，其特征在于：一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统包括激光器(1)、负柱面镜(2)、第一正柱面镜(3)、第二正柱面镜(4)、镀膜反射镜(5)、反射镜安装架(6)、光栅编码器(7)、谐波减速器(8)及伺服电机(9)；

激光器(1)射出的激光束依次经过负柱面镜(2)聚焦、第一正柱面镜(3)准直及第二正柱面镜(4)扩束形成发散角为θ_T的扇形激光束，并射到镀膜反射镜(5)上，经镀膜反射镜(5)反射后在地面形成线型激光脚点(10)，且线型激光脚点(10)的长轴方向与机载平台飞行方向平行；

所述的镀膜反射镜(5)设置在反射镜安装架(6)上，反射镜安装架(6)连接有光栅编码器(7)，在光栅编码器(7)及伺服电机(9)之间设有谐波减速器(8)，谐波减速器(8)在伺服电机(9)的驱动下进行转动，谐波减速器(8)带动反射镜安装架(6)转动；设机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统中镀膜反射镜(5)的转动角度为扫描角α，设垂直于机载平台指向天空方向为Y轴，当线型激光脚点(10)沿Y轴反方向出射时扫描角α为0°，镀膜反射镜(5)的转动角度由光栅编码器(7)读出并反馈给伺服电机(9)；

所述的负柱面镜(2)、第一正柱面镜(3)及第二正柱面镜(4)的母线相互平行。

2.根据权利要求1所述的一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统，其特征在于所述的激光器(1)单脉冲能量＞5mJ。

3.根据权利要求1所述的一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统，其特征在于所述的谐波减速器(8)减速比＞1000:1。

4.根据权利要求1所述的一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统，其特征在于所述的镀膜反射镜(5)反射率＞95％。

5.根据权利要求1所述的一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统，其特征在于所述的θ_T为5°～120°。

6.如权利要求1所述的一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统的扫描方法，其特征在于：一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统的扫描方法，是按以下步骤进行的：

设机载平台飞行方向为X轴，垂直于机载平台指向天空方向为Y轴，飞机右侧机翼方向为Z轴，且Z轴与XY平面垂直；

在机载平台对地面测绘中，机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统在机载平台沿X轴直线运动的基础上，激光器(1)射出的激光束依次经过负柱面镜(2)聚焦、第一正柱面镜(3)准直及第二正柱面镜(4)扩束形成发散角为θ_T的扇形激光束，并射到镀膜反射镜(5)上，经镀膜反射镜(5)反射后在地面形成线型激光脚点(10)，通过镀膜反射镜(5)的往复转动来实现地面上的线型激光脚点(10)沿Z轴方向发生平移，最终实现对地面被测区域的扫帚式扫描；

设机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统中镀膜反射镜(5)的转动角度为扫描角α，单位为°；设线型激光脚点(10)沿Y轴反方向出射时扫描角α为0°；设t₁为机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统的扫描时间，单位为s；设t₂为机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统的复位时间，单位为s；设±α₀为线型激光脚点(10)的偏转范围，单位为°；

扫描角α在t₁时间内先由-α₀变化至α₀，随后在t₂时间内由α₀复位至-α₀，并按此模式往复转动；

且机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统的扫描速度ω与机载平台的飞行参数间存在如下关系：

式中V——机载平台飞行速度，单位为m/s；

H——机载平台飞行高度，单位为m；

θ_T——激光束发散角，单位为°；

t₁为机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统的扫描时间，单位为s；

t₂为机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统的复位时间，单位为s；

复位时间t₂将由谐波减速器(8)最高转速ω_max和线型激光脚点(10)的偏转范围±α₀共同决定：

式中ω_max——谐波减速器(8)最高转速，单位为°/s；

将(b)式带入(a)式可以得到扫描速度ω的设定值为：

式中ω——扫描速度，单位为°/s。