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脉冲式机载激光三维成像雷达发展与现状

发布时间:2020-12-27 14:51
  脉冲式机载三维成像系统能够快速获取地面目标的三维图像,完成数字地形图绘制、目标识别、电力巡线等工作,具有重要的军事和民用价值。首先简要介绍了脉冲式机载激光雷达的特点和原理,然后分为扫描式和闪光式两种,分别综述了国外多种典型机载激光三维成像的发展历程和应用现状,并归纳了各自的特点。对国内近年来在此方向的研究成果加以介绍,最后总结了机载激光雷达的优势和发展前景。 

【文章来源】:激光与红外. 2020年07期 北大核心

【文章页数】:10 页

【部分图文】:

脉冲式机载激光三维成像雷达发展与现状


机载扫描式激光雷达原理示意图

地形图,激光雷达,实物,地形图


加拿大的Optech公司在美国海军的资助下开展了SHOALS系列高精度机载激光雷达的设计[3],其中最新设计的SHOALS 3000具备海洋测深和地形测绘两种模式,主要用于海岸线测绘等。在地形测绘模式时,其激光器重频为20 kHz,工作高度为300~1000 m,距离分辨率为25 cm,水平分辨率为2 m。在海洋测深模式时,采用双波长激光器,重频为3 kHz,工作高度为300~400 m,最大探测深度为50 m。系统总载荷质量为217 kg,其实物图和对海岸线获取的三维图像如图2所示,可以看出其具备水下地形探测的能力。该公司的ALTM Gemini同样较具代表意义。系统采用连续的多脉冲激光技术,激光器发射两束或两束以上的激光,采用探测器分别接收,克服了激光飞行时间对激光帧频的影响,使得成像速率提高了一倍。系统工作高度为150~4000 m,距离分辨率为5~30 cm,水平分辨率为工作高度的1/5500,激光器重频为33~167 kHz,视场角为0~50°,帧频为0~70 Hz。系统实物图及获取的地面三维图像如图3所示。

地形图,激光雷达,实物,地形图


该公司的ALTM Gemini同样较具代表意义。系统采用连续的多脉冲激光技术,激光器发射两束或两束以上的激光,采用探测器分别接收,克服了激光飞行时间对激光帧频的影响,使得成像速率提高了一倍。系统工作高度为150~4000 m,距离分辨率为5~30 cm,水平分辨率为工作高度的1/5500,激光器重频为33~167 kHz,视场角为0~50°,帧频为0~70 Hz。系统实物图及获取的地面三维图像如图3所示。针对高自动化应用场景,Optech公司设计了Eclipse机载激光三维成像系统[4],使得采集工作能够自动完成,无需人工干预。系统采用1550 nm激光,重频为300 kHz,在场景反射率大于20 %时,有效工作范围为50~1000 m,水平分辨率优于7 cm,在500 m高度的距离分辨率为8 cm,视场角为60°,系统搭载了与激光三维成像系统共视场的RGB相机,像元数量为6600×4400。系统传感器两个部分尺寸分别为355 mm×328 mm×290 mm和167×110 mm×100 mm,控制器尺寸为470 mm×880 mm×300 mm,质量约为36.5 kg。系统及其挂载在直升机如图4所示。

【参考文献】:
期刊论文
[1]轻小型无人机载激光雷达系统研制及电力巡线应用[J]. 李伟,唐伶俐,吴昊昊,腾格尔,周梅.  遥感技术与应用. 2019(02)
[2]国产机载双频激光雷达探测技术研究进展[J]. 贺岩,胡善江,陈卫标,朱小磊,王永星,杨忠,朱霞,吕德亮,俞家勇,黄田程,习小环,瞿帅,姚斌.  激光与光电子学进展. 2018(08)
[3]APD阵列单脉冲三维成像激光雷达的发展与现状[J]. 王帅,孙华燕,郭惠超,刘田间.  激光与红外. 2017(04)
[4]轻小型机载激光扫描仪设计[J]. 李孟麟,朱精果,孟柘,任建峰,肖芳,张珂殊.  红外与激光工程. 2015(05)
[5]双通道三维成像激光雷达技术研究[J]. 李孟麟,左建章,朱精果,孟柘.  测绘科学. 2013(03)

博士论文
[1]基于光纤光学的光子计数激光雷达技术研究[D]. 李铭.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]条纹阵列探测激光雷达测距精度与三维测绘技术研究[D]. 叶光超.哈尔滨工业大学 2016

硕士论文
[1]基于单光子探测的激光三维点云数据处理方法研究[D]. 于方磊.哈尔滨工业大学 2016
[2]国产AOE机载激光雷达飞行作业技术研究[D]. 程垒.山东科技大学 2008



本文编号:2941938

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