[00128458]民用小型无人机激光探测和测距（LiDAR）航空遥感系统的研究

1. 课题来源与背景本课题来源于广西科学研究与技术开发计划项目（主席科技资金项目）现有传统的机载激光雷达成像仪都是采用单点发射、单点接收的模式,这种模式需要配合扫描装置才能实现三维激光成像,但这种类型的系统存在很多问题。首先,单点扫描式激光雷达测量系统在工作时是以扫描方式来快速获取数据的,它自身系统带有一个机械扫描装置,使得整个系统设计比较复杂,体积大,重量比较重。其次,单点扫描式激光雷达是以单点发射模式来发射激光的,对激光发射频率要求很高,这样一来,对整个激光发射硬件要求很高。最后,单点扫描式激光雷达测量系统是以“Z”字型或圆柱型对地物距激光发射点的距离进行测量,其产生的地面激光脚点之间的距离比较大,整个点云数据密度小,大大降低了其数据精度。随着人们对机载雷达探测的数据精度以及低成本的要求越来越高,尤其是对三维激光成像的数据处理的实时需要,相应的点扫描激光雷达测量已经不能满足人们的要求,人们开始寻找测距精度更高,经济成本更低,数据处理速度更快的测量系统。 2. 技术原理及性能指标针对单点扫描式激光雷达测量系统存在的问题,本项目提出了一种面阵激光雷达测量系统。这种成像系统是采用泛光或点阵方式照射到地面,然后通过APD面阵接收器接收地面不同地物反射回去的激光脉冲信号,再结合多路并行处理系统来确定地面目标的三维坐标信息。 3. 技术的创造性与先进性（1）提出的面阵激光雷达采用脉冲激光对目标实施泛光照明,对目标区域可单脉冲成像,无需激光扫描探测,降低了光机系统设计难度。（2）针对面阵激光雷达成像过程中如何精确并行测量多路激光回波飞行时间的关键技术问题, 本项目采用多片专用测时芯片结合ARM作为控制芯片实现了多通道高精度的时间间隔测量,有效解决了面阵激光雷达多路激光回波飞行时间的精确测量。（3）建立了面阵激光雷达成像系统中各脚点的地面三维（XYZ）坐标计算数学模型,该数学模型涵盖了GPS、INS和激光发射器多传感器集成的空间同步和时间同步技术。通过对试验区的DEM进行模拟研究和试验,验证了地面三维坐标计算数学模型的正确性。（4）提出了低空高度测量方法,结合气压高度、激光高度和超声波高度,利用自适应加权算法融合三种数据,获得精确的无人机飞行高度数据,适合无人机低空和超低空飞行对高度数据的要求,尤其适合无人机自主飞行中的起飞和着陆过程。 4. 技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目的激光雷达成像系统可以单脉冲成像,相比单点扫描激光雷达来说,它能够快速大面积的获取目标三维信息,且具有测量精度高、轻小型、系统结构紧凑等优点。在对地观测、目标探测、精确制导等领域,面阵激光雷达相比单点扫描激光雷达将具有更加广阔的应用前景,且安全可靠。 5. 应用情况及存在的问题在理论研究和技术开发方面,继续完善技术细节和工艺,使之完全满足实际应用的要求。