[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

说明书

一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统及其扫描方法，它涉及机载测绘激光雷达扫描系统及其扫描方法。解决现有推帚式扫描体制沿平台运动轨迹上被测区域的宽度将受到探测器视场角的限制的问题。扫描系统包括激光器、负柱面镜、两个正柱面镜、镀膜反射镜、反射镜安装架、光栅编码器、谐波减速器及伺服电机；方法：机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统在机载平台直线运动的基础上，激光器射出的激光束依次经过负柱面镜、第一正柱面镜及第二正柱面镜形成扇形激光束，并射到镀膜反射镜上，经镀膜反射镜反射后在地面形成线型激光脚点，通过镀膜反射镜的往复转动来实现地面上的线型激光脚点沿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。

技术领域

本发明涉及机载测绘激光雷达扫描系统及其扫描方法。

背景技术

基于线阵探测器的机载激光雷达通常具有探测视场宽、测距精度高、距离景深大、作用距离远和数据更新率高等显著优点，已被广泛应用于地形测绘、海岸带监测、城市三维重构、森林生态研究、城市变化监测等领域中。基于线阵探测激光雷达的三维测绘技术是一种可以快速获得目标三维空间信息的新型光学探测手段，在远距离目标三维图像重建和高空机载宽幅测绘中具有巨大的潜在应用价值。

目前基于线阵探测激光雷达的机载测绘应用中，一般均采用推帚式扫描体制，如图1所示，X为机载平台飞行方向，10为线型激光脚点。在推帚式扫描体制下，线型激光脚点的长轴方向与飞机飞行方向垂直，激光束出射方向相对于飞机固定不变，激光脚点对地面的扫描完全依赖于飞机平台的运动。这种扫描方式虽然结构简单，但是沿平台运动轨迹上被测区域的宽度将受到探测器视场角的限制，不利于进行宽幅三维测绘任务。因此，如何建立一种适用于远距离宽幅测绘的扫描装置是机载测绘应用中一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统及其扫描方法；以解决现有推帚式扫描体制虽然结构简单，但是沿平台运动轨迹上被测区域的宽度将受到探测器视场角的限制，不利于进行宽幅三维测绘任务的问题。

一种机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统包括激光器、负柱面镜、第一正柱面镜、第二正柱面镜、镀膜反射镜、反射镜安装架、光栅编码器、谐波减速器及伺服电机；

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

所述的镀膜反射镜设置在反射镜安装架上，反射镜安装架连接有光栅编码器，在光栅编码器及伺服电机之间设有谐波减速器，谐波减速器在伺服电机的驱动下进行转动，谐波减速器带动反射镜安装架转动；设机载测绘激光雷达扫帚式扫描系统中镀膜反射镜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，当线型激光脚点沿Y轴反方向出射时扫描角α为0°，镀膜反射镜的转动角度由光栅编码器读出并反馈给伺服电机；

所述的负柱面镜、第一正柱面镜及第二正柱面镜的母线相互平行。

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，激光器射出的激光束依次经过负柱面镜聚焦、第一正柱面镜准直及第二正柱面镜扩束形成发散角为θ_T的扇形激光束，并射到镀膜反射镜上，经镀膜反射镜反射后在地面形成线型激光脚点，通过镀膜反射镜的往复转动来实现地面上的线型激光脚点沿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；