机载激光雷达测量系统描述

2.1.1　机载激光雷达测量系统描述

机载激光雷达测量系统以飞机作为观测平台，以激光扫描测距系统为传感器，能实时获取地球表面的三维空间信息，还能提供一定的红外光谱信息，是获取地球空间信息的高新技术手段之一。

机载激光雷达测量系统的主要组成部分包括:①用于确定激光雷达信号发射参考点空间位置的动态差分GPS接收机;②用于测定扫描装置的主光轴姿态参数的姿态测量装置，一般采用惯性导航系统或多天线陈列GPS系统;③用于测定激光雷达信号发射参考点到地面激光脚点间距离的激光测距仪;④成像装置，一般为CCD相机，用于记录地面实况，为后续的数据处理提供参考。将该系统安置于直升飞机或飞机上，就构成一个机载激光雷达测量系统(见图2-1)。整个机载激光雷达测量系统比较复杂，它要求GPS接收机、姿态测量单元系统(IMU)和激光扫描测距系统(Laser Range Finder)三者协调工作，彼此间要保持精确的时间同步(见图2-2)。

图2-1　机载激光雷达测量系统的组成(丹麦空间研究中心设备)

目前已有数家仪器生产厂商能提供机载激光雷达测量设备，如加拿大的Optech公司、奥地利的Riegle公司等。全球已有多家公司能提供机载激光雷达测量的服务。几乎所有的机载激光雷达系统都是集成GPS系统和INS系统为激光扫描传感器提供位置和姿态信息。机载激光雷达系统的激光脉冲信号的波长一般为500～1500nm，典型值为1040～1060nm。激光脉宽窄，一般为10ns。有些系统可记录同一束激光脉冲的多次回波信号，如首次和尾次回波(first pulse or last pulse);有些系统不仅能提供测距信息，还能提供回波信号的强度信息，不过大部分的激光强度信息还比较模糊，其直接用途不大;还有些系统集成了录像机或数字相机等多种传感器。然而，这些传感器同机载激光雷达、INS、GPS的集成度并不高。目前，同摄影相机、多光谱传感器或SAR等设备集成在一起的系统还非常有限。激光雷达测量系统可安装到飞机或直升飞机上，飞行高度一般为20～6000m不等，典型飞行高度为200～1000m。

图2-2　典型机载激光雷达测量系统的组成单元(Wehr，et al，1999)