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机载激光雷达的应用现状及发展趋势

2013-04-08 14:45
路过的码农
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  :机载激光雷达是一种应用越来越广泛的对地观测系统,本文简要介绍了机载LIDAR系统及其测量原理,并重点综述了机载LIDAR的应用现状最后对其发展趋势进行了展望。

  一、 机载LIDAR的技术原理

  机载激光雷达(Light Detection And Ranging,LIDAR)是将激光用于回波测距和定向,并通过位置、径向速度计物体反射特性等信息来识别目标。它体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术。机载激光雷达技术起源于传统的工程测量中的激光测距技术,是传统雷达技术与现代激光技术结合的产物,是遥感测量领域的一门新兴技术。

  自20世纪60年代末世界第一部激光雷达诞生以来,机载激光雷达技术作为一种重要的航空遥感技术,已经被越来越多的学者所关注。迄今为止,机载激光雷达的研究与应用均取得了相当大的进展,虽然机载激光雷达无法完全取代传统的航空摄影测量作业方式,但可以预见,在未来的航空遥感领域,机载激光雷达将成为主流之一。进入90年代,机载激光雷达系统进入实用化阶段,并成为雷达遥感发展的重要方向之一。机载LIDAR系统是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备,该系统由激光测高仪、GPS定位装置、IMU(惯性制导仪)和高分辨率数码照相机组成,实习对目标的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理,生成高密度激光点云数值,为地形信息的提取提供精确的数据源。其应用已超出传统测量,遥感,以及近景测量所覆盖的范围,成为一种独特的数据获取方式。

  与普通光波相比,激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点,不易受大气环境和太阳光线的影响。使用激光进行距离测量可大大提高了数据采集的可靠性抗干扰能力。当来自激光器的激光射到一个物体的表面时,只要不存在方向反射,总会有一部分光会反射回去,成为回波信号,被系统的接收器所接收,当仪器计算出光由激光器射出返回到接收器的时间为2t后,那么,激光器到反射物体的距离d=光速c×t\2 。

  在机载激光雷达系统中,利用惯性导航系统获得飞行过程中的3个方位角(ψωκ),通过全球定位系统(GPS)获取激光扫描仪中心坐标(x y z),最后利用激光扫描仪获取到激光扫描仪中心至地面点的距离D,由此可以计算出此刻地面上相应激光点(X Y Z)的空间坐标。

  假设三维空间中一点的坐标已知,求出改点到地面上某一待定点P(XYZ)的向量,则P点的坐标就可以由加得到。 其中点为遥感器的投影中心,其坐标可利用动态差分GPS求出,向量的模是由激光测距系统测定的机载激光测距仪的投影中心到地面激光脚点间的距离,姿态参数可以利用高精度姿态测量装置(INS)进行测量获得的。

  利用机载LIDAR系统进行测高作业,根据不同的航高作业,根据不同的航高,其平面精度可以达到0.15至1米,高程精度可达10cm至30cm,地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说,机载LIDAR系统是为综合航射影像和空中数据定位二设计的新技术手段,它能为测绘工程、数字地图和GIS应用快速提供精确的空间坐标信息和三维模型信息。

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