脈沖式機載三維成像系統(tǒng)能夠快速獲取地面目標(biāo)的三維圖像,完成數(shù)字地形圖繪制、目標(biāo)識別、電力巡線等工作,具有重要的軍事和民用價值。首先簡要介紹了脈沖式機載激光雷達的特點和原理,然后分為掃描式和閃光式兩種,分別綜述了國外多種典型機載激光三維成像的發(fā)展歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀,并歸納了各自的特點。對國內(nèi)近年來在此方向的研究成果加以介紹,最后總結(jié)了機載激光雷達的優(yōu)勢和發(fā)展前景。 

【文章來源】：激光與紅外. 2020年07期 北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

機載掃描式激光雷達原理示意圖

加拿大的Optech公司在美國海軍的資助下開展了SHOALS系列高精度機載激光雷達的設(shè)計[3],其中最新設(shè)計的SHOALS 3000具備海洋測深和地形測繪兩種模式,主要用于海岸線測繪等。在地形測繪模式時,其激光器重頻為20 kHz,工作高度為300～1000 m,距離分辨率為25 cm,水平分辨率為2 m。在海洋測深模式時,采用雙波長激光器,重頻為3 kHz,工作高度為300～400 m,最大探測深度為50 m。系統(tǒng)總載荷質(zhì)量為217 kg,其實物圖和對海岸線獲取的三維圖像如圖2所示,可以看出其具備水下地形探測的能力。該公司的ALTM Gemini同樣較具代表意義。系統(tǒng)采用連續(xù)的多脈沖激光技術(shù),激光器發(fā)射兩束或兩束以上的激光,采用探測器分別接收,克服了激光飛行時間對激光幀頻的影響,使得成像速率提高了一倍。系統(tǒng)工作高度為150～4000 m,距離分辨率為5～30 cm,水平分辨率為工作高度的1/5500,激光器重頻為33～167 kHz,視場角為0～50°,幀頻為0～70 Hz。系統(tǒng)實物圖及獲取的地面三維圖像如圖3所示。

該公司的ALTM Gemini同樣較具代表意義。系統(tǒng)采用連續(xù)的多脈沖激光技術(shù),激光器發(fā)射兩束或兩束以上的激光,采用探測器分別接收,克服了激光飛行時間對激光幀頻的影響,使得成像速率提高了一倍。系統(tǒng)工作高度為150～4000 m,距離分辨率為5～30 cm,水平分辨率為工作高度的1/5500,激光器重頻為33～167 kHz,視場角為0～50°,幀頻為0～70 Hz。系統(tǒng)實物圖及獲取的地面三維圖像如圖3所示。針對高自動化應(yīng)用場景,Optech公司設(shè)計了Eclipse機載激光三維成像系統(tǒng)[4],使得采集工作能夠自動完成,無需人工干預(yù)。系統(tǒng)采用1550 nm激光,重頻為300 kHz,在場景反射率大于20 %時,有效工作范圍為50～1000 m,水平分辨率優(yōu)于7 cm,在500 m高度的距離分辨率為8 cm,視場角為60°,系統(tǒng)搭載了與激光三維成像系統(tǒng)共視場的RGB相機,像元數(shù)量為6600×4400。系統(tǒng)傳感器兩個部分尺寸分別為355 mm×328 mm×290 mm和167×110 mm×100 mm,控制器尺寸為470 mm×880 mm×300 mm,質(zhì)量約為36.5 kg。系統(tǒng)及其掛載在直升機如圖4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]輕小型無人機載激光雷達系統(tǒng)研制及電力巡線應(yīng)用[J]. 李偉,唐伶俐,吳昊昊,騰格爾,周梅.  遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2019(02)
[2]國產(chǎn)機載雙頻激光雷達探測技術(shù)研究進展[J]. 賀巖,胡善江,陳衛(wèi)標(biāo),朱小磊,王永星,楊忠,朱霞,呂德亮,俞家勇,黃田程,習(xí)小環(huán),瞿帥,姚斌.  激光與光電子學(xué)進展. 2018(08)
[3]APD陣列單脈沖三維成像激光雷達的發(fā)展與現(xiàn)狀[J]. 王帥,孫華燕,郭惠超,劉田間.  激光與紅外. 2017(04)
[4]輕小型機載激光掃描儀設(shè)計[J]. 李孟麟,朱精果,孟柘,任建峰,肖芳,張珂殊.  紅外與激光工程. 2015(05)
[5]雙通道三維成像激光雷達技術(shù)研究[J]. 李孟麟,左建章,朱精果,孟柘.  測繪科學(xué). 2013(03)

博士論文
[1]基于光纖光學(xué)的光子計數(shù)激光雷達技術(shù)研究[D]. 李銘.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所) 2017
[2]條紋陣列探測激光雷達測距精度與三維測繪技術(shù)研究[D]. 葉光超.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于單光子探測的激光三維點云數(shù)據(jù)處理方法研究[D]. 于方磊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]國產(chǎn)AOE機載激光雷達飛行作業(yè)技術(shù)研究[D]. 程壘.山東科技大學(xué) 2008



本文編號：2941938