[发明专利]一种可自适应补偿被测地形高程变化的机载LiDAR装置

摘要

一种可自适应补偿被测地形高程变化的机载LiDAR装置，其特征在于可同时进行两个方向激光扫描，一是机载平台正下方视线方向的正常扫描，二是前向斜下方视线方向的点云带宽预测扫描。当飞机匀速直线飞行而被测地形高程有变化时，由前向斜下方视线激光扫描仪实时预测扫描点云带宽，并由地形高程变化自适应调节器计算出此地形高程时能使正下方视线的扫描点云带宽和点密度保持不变的扫描视场角和脉冲重复频率。由光电轴角编码器获得旋转棱镜的转角值，并调节激光脉冲发射器的脉冲重复频率，在修正后的扫描视场角范围内输出修正频率的激光脉冲。采用该自适应调节方法，可保证机载LiDAR测量高程有变化的地形时，激光扫描点云带宽和点密度始终不变。

主权项

一种可自适应补偿被测地形高程变化的机载LiDAR装置（1），其特征在于包括自适应激光LiDAR（11）、地形高程变化自适应调节器（12）和激光扫描带宽测量仪（13）；所述自适应激光LiDAR（11），其特征在于包括可调频率激光脉冲测距仪（111）、反射镜（112）、正6面旋转棱镜（113）、旋转电机（114）、光电轴角编码器（115）；所述激光扫描带宽测量仪（13），其特征在于包括固定频率激光脉冲测距仪（131）、反射镜（132）和斜6面椎体旋转棱镜（133）；所述可调频率激光脉冲测距仪（111）经所述反射镜（112）打在所述正6面旋转棱镜（113）的侧面上，经反射后，其出射激光脉冲扫描方向是垂直于飞行轨迹的机载平台正下方视线方向，获得被测地面的激光脚点三维坐标；所述固定频率激光脉冲测距仪（131）发出的激光脉冲，经所述反射镜（132）反射到所述斜6面椎体旋转棱镜（133）的一个侧面上，经反射后，其出射激光脉冲扫描方向是前向斜下方视线方向，打在飞行方向的正前方一个扫描行间距的地形表面上，进行预扫描，可获得扫描激光脚点的测距值，提供给所述地形高程变化自适应调节器（12），结合所述GPS（2）和所述IMU（3）测量的飞行参数信息，可获得扫描激光脚点的三维坐标，进而计算出该扫描线的预测带宽；通过进一步计算，可获得在下一条激光扫描行时、能够使扫描点云带宽和点密度都始终保持不变的扫描视场角修正值和激光脉冲频率修正值；由所述光电轴角编码器（115）获得所述正6面旋转棱镜（113）的实时转动角度，反馈给所述地形高程变化自适应调节器（12），只在修正的扫描视场角范围内产生修正频率的方波信号，提供给所述可调频率激光脉冲测距仪（111），使所述可调频率激光脉冲测距仪（111）发出修正频率的激光脉冲，从而可保证在正下方视线方向的激光扫描点云带宽和点密度始终保持不变，不受地形高程变化的影响；所述可调频率激光脉冲测距仪（111）采用频率可调的外调制激光器，其留有专用的信号接口，由用户输入方波信号来控制激光脉冲的发射频率；由所述地形高程变化自适应调节器（12）产生要求频率的方波信号，触发所述可调频率激光脉冲测距仪（111），产生相应频率的激光脉冲。