[发明专利]一种三维扫描全波形激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种三维扫描全波形激光雷达系统，所述三维扫描全波形激光雷达系统中激光光源单元、激光脉冲发射与接收单元、扫描单元、测距单元、波形采集单元和软件单元，在系统控制单元的控制下，以及各单元之间的协同下，不仅可以实现三维扫描点云实时成像，而且可以实现每一束发射激光脉冲和目标散射激光脉冲的全波形采集与存储。所述三维扫描全波形激光雷达系统突破了常规激光雷达只能获取点云数据的限制，可同时获取点云数据和发射激光脉冲与接收激光脉冲的波形，有效增强了激光雷达的探测能力，同时实现激光雷达的三维扫描实时成像，有效提高激光雷达的工作效率。

技术领域

本发明涉及到激光雷达测量领域，尤其是一种三维扫描全波形激光雷达系统。

背景技术

激光雷达是一种将传统雷达技术与先进激光技术相结合的主动遥感技术，通过测量激光脉冲往返于目标与激光雷达平台之间的时间，基于距离与光速和时间的关系得到激光雷达平台与目标之间的距离，配合扫描装置的动作，同时结合激光雷达平台运动，激光雷达可以完成对目标表面的扫描测距。基于激光雷达成像方程，借助于距离数据，激光雷达平台位置与姿态数据，实现目标表面各点三维坐标解算。根据解算得到的三维坐标数据，采用先进的滤波与分类方法从而得到目标的数字表面模型和数字高程模型，最后实现目标三维几何测量。由于激光雷达系统中所使用的激光器存在一定的发散角，导致所发射的激光脉冲光束以近似圆锥的形式向前传播，当激光脉冲光束与目标相互作用时已不再是一个点，而是一个圆斑，此圆斑被称为激光光斑，又由于测量环境中目标的复杂性和多样性，在一个激光光斑中有可能包含多个散射目标或一个目标具有多个散射表面，从而导致激光回波信号波形的复杂性,例如一个回波中包含多个脉冲或者脉冲被展宽。但是常规激光雷达只是借助于一定的判别方法(上升沿、峰值或者重心等)检测激光回波中一个或有限个时间点，从而得到激光光斑中一个或多个目标的距离值，又由于不同目标具有不同的回波波形，因此仅采用固定的判别检测方法，会导致不同的目标具有不同的测距精度。为了弥补上述常规激光雷达缺陷，一种新型全波形激光雷达被提出。全波形激光雷达是借助于高速数据采集装置将激光回波信号在一定的时间区间内完整采集和存储,从而得到激光回波信号的完整波形，所采集到的波形信号被称为全波形信号,根据激光脉冲与目标相互作用的机理可知全波形信号中包含目标丰富的物理和几何特性信息。

在李小路申请的发明专利(申请号：201310093384.1)中，李端申请的发明专利(申请号：201310610608.1和申请号：201410086819.4)中，所述全波形激光雷达系统，都未实现发射激光光束的三维扫描，且所述全波形激光雷达系统只能获取发射激光脉冲与接收激光脉冲的波形数据，并未实时获取激光雷达系统与目标之间的距离数据。

本文所述一种三维扫描全波形激光雷达系统将全波形获取技术、脉冲测距技术、三维扫描技术相结合不仅可以实现激光雷达系统与目标之间距离的实时测量，同时实现每一束发射激光脉冲和接收激光脉冲波形的采集。另外，借助于垂直和水平方向扫描装置，实现全波形激光雷达系统的三维扫描测量，实现垂直方向和水平方向三维扫描实时点云成像，从而有效提高全波形激光雷达的探测效率。

发明内容