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激光雷达激光器的扫描方式
附件下载发布日期:2016年08月02日 13:21   发布者:北京富斯德科技有限公司 刘燕京博士   浏览次数:1441   

激光雷达激光器的扫描方式

目前市场上的脉冲式激光器有四种扫描方式:

1. 振荡(或叫钟摆)式(Oscillating Mirror)。

2. 旋转棱镜式(Rotating Polygon)。

3. 章动(或Palmer)式(Nutating Mirror,or Palmer Scan)。

4. 光纤扫描式(Fiber Switch)。

钟摆式扫描方式

原理:光直接入射到反射平面镜上,每一个钟摆周期在地面上生成一个周期性的线性图案,Zig-Zag型,或称之为之字型。

生产厂家:Optech和莱卡公司。

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钟摆式扫描时,反射镜面需要在一秒内振荡数百次,同时要不断地、循环地从一端开始进行启动,加速、达到钟摆的最低点后,减速,直到速度为零,到达钟摆的另一端。因此它的扫描方向是左右两个方向的。

优点:

●  对于扫描视窗角(FOV),扫描速度有许多种选择,使得地面的覆盖宽度和激光点密度的选择有较多的机会。

●  大的光窗数值孔径。

●  较高的接收信号比。

缺点:

●  由于在一个周期内,不断地经历了加速、减速等步骤,因此,所输出的激光点的密度是不均匀的。这种不均匀性在扫描角度很小(如±20)时,因为过程短,并不显著;当扫描角逐渐增大>±40时,不均匀性会越来越显著。

●  由于反射镜的加速/减速,造成了激光点的排列一般是在钟摆的两端密,中间疏。而中间的数据是更受关心的,更关注的。由于在钟摆的两端,镜面的摆动速度较低或停止,并扫描两次,因此所得的数据精度差需要剔除,约占总数据的10%。如扫描角为只选取±200。

●  由于不断地变化速度,造成了机械的磨损,使得IMU的配置发生了漂移,因此每一次飞行前都需要进行“boresight”检校飞行。

●  消耗更多的功率。

旋转棱镜式扫描F

       原理:激光入射到连续旋转的多棱镜的表面上,经反射在地面上形成一条条连续的、平行的扫描线。

       激光器生产厂家:Riegl。

       激光雷达生产厂家:IGI, TopSys, FliMap, iMAR,Fugro/Chance。

激光雷达激光器的扫描方式.jpg

激光雷达激光器的扫描方式.jpg

优点:

   ●  需要的功率小。

   ●  棱镜旋转的角速度不变使得激光点的密度均匀,尤其是沿飞机飞行的方向的线间距完全相同。

缺点:

   ●  因为使用了对眼睛安全的长的波长,为了减少色散度,选择了较小的光窗数值孔径,一般为5厘米。

   ●  因为在光通过每一个多棱镜的表面时,都会经历一段较短的不能接收光信号的时间,相对低的反射信号接收比。最大信号接收比一般低于70%。

钟摆式扫描与旋转棱镜式扫描的激光点密度的比较

       一般:钟摆式扫描的信号接收比最大在83%左右,但是要扣除约10%的钟摆端的数据,因此,最后所获得的信号接收比最大约在75%左右。

       旋转棱镜式扫描的信号接收比最大约在67%左右。

       如果激光器的最大发射频率相同的情况下,钟摆式扫描的信号接收比要比旋转棱镜式扫描的多8%。但是,如果最大发射频率不同,如Riegl的LMS-Q560的最大发射频率是240,000赫兹,而莱卡和Optech的最大发射频率约为150,00赫兹。在同样的飞行高度和速度等条件下,Riegl的激光器的信号接收为160,000赫兹,而莱卡和Optech的仅为112,000赫兹。

       具体的数据还要考虑飞行的速度,飞行的高度,地面的地形地貌,地面物的反射系数等。


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