機(jī)載激光雷達(dá)知識(shí)

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1、機(jī)載激光雷達(dá)的知識(shí)機(jī)載激光雷達(dá)的知識(shí)發(fā)布日期:2009-09-04我也要投稿!作者:網(wǎng)絡(luò)閱讀:309[字體選擇：大中小]機(jī)載激光雷達(dá)特點(diǎn)、分類及其發(fā)展激光雷達(dá)可以按照所用激光器、探測(cè)技術(shù)及雷達(dá)功能等來(lái)分類。目前激光雷達(dá)中使用的激光器有二氧化碳激光器，Er:YAG激光器，Nd：YAG激光器，喇曼頻移Nd：YAG激光器、GaAiAs半導(dǎo)體激光器、氦-氖激光器和倍頻Nd：YAG激光器等。其中摻鉺YAG激光波長(zhǎng)為2微米左右，而GaAiAs激光波長(zhǎng)則在0.8-0.904微米之間。根據(jù)探測(cè)技術(shù)的不同，激光雷達(dá)可以分為直接探測(cè)型和相干探測(cè)型兩種。其中直接探測(cè)型激光雷達(dá)采用脈沖振

2、幅調(diào)制技術(shù)（AM），且不需要干涉儀。相干探測(cè)型激光雷達(dá)可用外差干涉，零拍干涉或失調(diào)零拍干涉，相應(yīng)的調(diào)諧技術(shù)分別為脈沖振幅調(diào)制，脈沖頻率調(diào)制（FM）或混合調(diào)制。按照不同功能，激光雷達(dá)可分為跟蹤雷達(dá)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示雷達(dá)，流速測(cè)量雷達(dá)，風(fēng)剪切探測(cè)雷達(dá)，目標(biāo)識(shí)別雷達(dá)，成像雷達(dá)及振動(dòng)傳感雷達(dá)。激光雷達(dá)最基本的工作原理與無(wú)線電雷達(dá)沒(méi)有區(qū)別，即由雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過(guò)測(cè)量反射光的運(yùn)行時(shí)間而確定目標(biāo)的距離。至于目標(biāo)的徑向速度，可以由反射光的多普勒頻移來(lái)確定，也可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)或多個(gè)距離，并計(jì)算其變化率而求得速度，這是、也是直接探測(cè)型雷達(dá)的基本工作原理

3、。由此可以看出，直接探測(cè)型激光雷達(dá)的基本結(jié)構(gòu)與激光測(cè)距機(jī)頗為相近，相干探測(cè)型激光雷達(dá)又有單穩(wěn)與雙穩(wěn)之分，在所謂單穩(wěn)系統(tǒng)中，發(fā)送與接收信號(hào)共同在所謂單穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中，發(fā)送與接收信號(hào)共用一個(gè)光學(xué)孔徑。并由發(fā)射/接收（T/R）開(kāi)頭隔離。T/R開(kāi)關(guān)將發(fā)射信號(hào)送往輸出望遠(yuǎn)鏡和發(fā)射掃描系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射，信號(hào)經(jīng)目標(biāo)反射后進(jìn)入光學(xué)掃描系統(tǒng)和望遠(yuǎn)鏡，這時(shí)，它們起光學(xué)接收的作用。T/R開(kāi)關(guān)將接收到的輻射送入光學(xué)混頻器，所得拍頻信號(hào)由成像系統(tǒng)聚焦到光敏探測(cè)器，后者將光信號(hào)變成電信號(hào)，并由高通濾波器將來(lái)自背景源的低頻成分及本機(jī)振蕩器所誘導(dǎo)的直流信號(hào)統(tǒng)統(tǒng)濾除。最后高頻成分中所包含的測(cè)量信息由信號(hào)和

4、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢出。雙穩(wěn)系統(tǒng)的區(qū)別在于包含兩套望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)掃描部件，T/R開(kāi)關(guān)自然不再需要，其余部分與單穩(wěn)系統(tǒng)的相同。一、機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)的組成機(jī)載激光掃描系統(tǒng)由空中測(cè)量平臺(tái)、激光系統(tǒng)、姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算機(jī)及軟件等組成。1.空中測(cè)量平臺(tái)空中測(cè)量平臺(tái)是航空激光掃描測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)的空間載體和操作平臺(tái)，主要為直升飛機(jī)或其它飛機(jī)，用來(lái)裝載航空激光掃描測(cè)量系統(tǒng)所需要的各種儀器儀表和操作人員。2.姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航系統(tǒng)GPS接收機(jī)、IMU慣性制導(dǎo)儀、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)構(gòu)成了姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS接收機(jī)采用差分定位技術(shù)確定平臺(tái)的坐標(biāo)。IMU慣性制導(dǎo)儀測(cè)量航飛平臺(tái)的姿

5、態(tài)，用于對(duì)發(fā)射激光束角度的校正以及地面圖像的糾正。GPS接收機(jī)可為飛機(jī)提供導(dǎo)航，應(yīng)能用圖文方式向飛行員和系統(tǒng)操作員提供飛機(jī)現(xiàn)在的狀態(tài)，即飛機(jī)現(xiàn)在離任務(wù)航線起點(diǎn)終點(diǎn)的距離、航線橫向偏差、飛行速度、航線偏離方向、航線在測(cè)區(qū)中的位置。系統(tǒng)應(yīng)能處理區(qū)域測(cè)量也能處理帶狀測(cè)量。3.數(shù)字化激光掃描儀數(shù)字化激光掃描儀是本系統(tǒng)的核心部分，它主要用來(lái)測(cè)量地物地貌的三維空間坐標(biāo)信息。4.數(shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)拍攝的航片寬度應(yīng)該調(diào)節(jié)到與激光掃描寬度相匹配。航片經(jīng)過(guò)糾正、鑲嵌可形成彩色正射數(shù)字影像。5.數(shù)據(jù)處理軟件激光掃描系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)量非常龐大，由特殊的專業(yè)軟件來(lái)處理?！　《?、機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量

6、系統(tǒng)的的數(shù)據(jù)采集和處理過(guò)程（一）航飛采集激光掃描數(shù)據(jù)及數(shù)碼影像1．在航飛前要制訂飛行計(jì)劃。航飛計(jì)劃應(yīng)包括航帶劃分，確定飛行高度、速度、激光脈沖頻率、航帶寬度、激光反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)速度、數(shù)碼相機(jī)方位元素及定位、相機(jī)拍攝時(shí)間間隔等，并將各航帶的首尾坐標(biāo)及其他導(dǎo)航坐標(biāo)輸入導(dǎo)航計(jì)算機(jī)內(nèi)，在飛行導(dǎo)航控制軟件的輔助下進(jìn)行飛行作業(yè)。2．安置GPS接收機(jī)。為保證飛機(jī)飛行各時(shí)刻的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的精度，需要在地面沿航線布設(shè)一定數(shù)量的GPS基準(zhǔn)站，同時(shí)將GPS流動(dòng)站安置在飛機(jī)上。3．激光掃描測(cè)量。預(yù)先設(shè)置好掃描鏡的擺動(dòng)方向和擺動(dòng)角度，當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，紅外激光發(fā)生器向掃描鏡上不停地發(fā)射激光，通過(guò)飛

7、機(jī)的運(yùn)動(dòng)和掃描鏡的運(yùn)動(dòng)反射，使激光束打到地面并覆蓋測(cè)區(qū)，當(dāng)激光束到達(dá)地面或遇到其它障礙物時(shí)被反射回來(lái)，被一光電接收感應(yīng)器接收并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。根據(jù)激光發(fā)射至接收的時(shí)間間隔即可精確測(cè)出傳感器至地面的距離。4．慣性測(cè)量。當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，慣性測(cè)量裝置同時(shí)也將飛機(jī)的飛行姿態(tài)測(cè)出來(lái)，并和激光的有關(guān)數(shù)據(jù)、掃描鏡的掃描角度一起記錄在磁帶上。5．?dāng)?shù)碼相機(jī)拍攝。利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝時(shí)，需要對(duì)其拍攝時(shí)間間隔和拍攝位置進(jìn)行控制。通常是用GPS系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間和位置控制。6．?dāng)?shù)據(jù)傳輸。航飛數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將所有的激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)碼影像數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)及慣性測(cè)量數(shù)據(jù)都傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，為后續(xù)

8、數(shù)據(jù)處理作