一种机载激光雷达扫描镜装置、系统及扫描方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及激光雷达扫描技术领域，为一种机载激光雷达扫描镜装置、系统及扫描方法，包括均安设于无人机上的驱动电机、编码器及棱锥体，所述棱锥体的对称中心轴与所述驱动电机的输出轴连接，所述编码器记录电机带动棱锥体的旋转角度，所述棱锥体的各侧面均设有扫描镜面，所述驱动电机驱动所述棱锥体旋转以使所述扫描镜面用于接收入射激光并反射以旋转扫描被测对象。该装置主要安装于飞机载体上，结构简单易安装调试，且整个装置结构小巧；扫描镜的质心转轴与驱动电机轴重合，转动惯量小，减少了电机负载；棱锥体的各侧面均可作为激光发射与接收面，可用于多路激光发射与接收；扫描角度范围大，且激光脚点网格均匀，适合做激光点云数据。点云数据。点云数据。

【技术实现步骤摘要】
一种机载激光雷达扫描镜装置、系统及扫描方法


[0001]本专利技术属于激光雷达扫描
，具体涉及一种机载激光雷达扫描镜装置、系统及扫描方法。

技术介绍

[0002]已有激光雷达的扫描方式有机械式与非机械式，机械式的扫描方式包括转鼓扫描、摆镜扫描、旋转反射镜和光纤扫描等，还有近几年出现的微机电MEMS扫描振镜(Micro-Electro-Mechanical System)。非机械式的扫描方式包括声光扫描、电光扫描、光学相控阵扫描、全息光栅扫描等方式。本申请可归属于机械式的多面棱镜，因此非机械式的不多做描述，重点描述本申请与已有的机械式扫描方式区别。
[0003]其中，转鼓扫描方式主体结构是一个有多个均匀柱面反射镜的转鼓，扫描角与柱面个数有关，柱面个数越多扫描角越小。工作时，激光束从侧面入射到柱面镜后被产生镜面反射，在驱动电机的带动下柱面镜的法线沿转轴旋转，引起了反射光线的扫描现象，每个柱面转过时产生一条扫描线，常见在机载测绘激光雷达使用。由于电机的转速可以做到很高，所以转鼓扫描速度比较快，但是转鼓体积大，配置成扫描系统比较复杂，成本比较高，加上转鼓加工工艺的限制，会影响反射光束的质量。而摆镜扫描结构是一面平面或曲面反射镜，激光入射后产生反射光，反射镜在驱动电机带动下作如钟摆式的来回摆动，使激光反射光束产生扫描效果。由于摆镜扫描角度越大，扫描频率就越低，所以它的扫描角一般不大，通常在10
°
～25
°
。旋转反射镜扫描方式常见的为双光楔扫描方式，光楔扫描的特点是比多面镜扫描方式的通光孔径要大，缺点是两个光楔需要两套扫描电机，增加了系统复杂度，并且透镜系统会引起色差，不适合多波长扫描。而光纤扫描方式中，根据光纤扫描的原理，激光从光纤出射后，光束发散角仅与光纤的口径有关，光纤的扫描视场与光纤的排列有关，随着光纤远离光轴，激光的扫描范围也将增加，由于该扫描方式使用两套光纤系统分别进行接收和发射，不利于扫描系统的小型化。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种机载激光雷达扫描镜装置，解决了以上所述的技术问题。
[0005]为此，本专利技术提供了一种机载激光雷达扫描镜装置，包括均安设于无人机上的驱动电机、编码器及棱锥体，所述棱锥体的对称中心轴与所述驱动电机的输出轴连接，所述编码器记录电机带动棱锥体的旋转角度，所述棱锥体的各侧面均设有扫描镜面，所述驱动电机驱动所述棱锥体旋转以使所述扫描镜面用于接收入射激光并反射以旋转扫描被测对象。
[0006]优选地，本专利技术的机载激光雷达扫描镜装置，所述棱锥体为中空结构。
[0007]优选地，本专利技术的机载激光雷达扫描镜装置，所述棱锥体的侧面数量至少为三个。
[0008]优选地，本专利技术的机载激光雷达扫描镜装置，所述棱锥体为多棱锥，所述驱动电机的输出轴与所述棱锥的底面垂直，所述棱锥的顶端竖直朝下。
[0009]优选地，本专利技术的机载激光雷达扫描镜装置，所述棱锥底面水平布置，根据需求订制各侧面与所述底面的夹角，所述入射激光的入射光路水平照射在所述扫描镜面上。
[0010]优选地，本专利技术的机载激光雷达扫描镜装置，所述扫描镜面镀相应激光波长的高反射膜，镀膜后反射率大于95％。
[0011]本专利技术还提供一种机载激光雷达扫描系统，包括激光发射器及接收光学系统，还包括如上述的机载激光雷达扫描装置，所述扫描镜面位于所述入射激光的入射光路上，所述接收光学系统位于所述扫描镜面的反射光路上以获取扫描数据。
[0012]本专利技术还提一种利用上述的机载激光雷达扫描装置的扫描方法，包括
[0013]建立坐标系：以棱锥体的对称中心轴为Z轴，底面为XOY平面建立O-XYZ坐标系，其中，棱锥体的各侧面均固设有扫描镜面；
[0014]扫描数据获取：以四棱锥为例，获取入射光和扫描镜面的法线的夹角α，激光入射点至被测面的垂直距离H，棱锥体的旋转角度Φ，机载激光雷达载具速度V，棱锥体转速为n，每扫描周发射点数为m，棱锥体的侧面均与所述底面的夹角A；
[0015]当激光发射器的入射激光水平入射至扫描镜面，绕所述棱锥体的对称中心轴旋转便可形成反射扫描区域，则扫描区域的三维坐标为：
[0016][0017]cosa、cosb和cosc为反射光线的在O-XYZ坐标系内的方向余弦由以下公式确定得到：
[0018]cos2a+cos2b+cos2c＝1；
[0019][0020]有益效果：本专利技术提供了一种机载激光雷达扫描镜装置、系统及扫描方法，包括均安设于无人机上的驱动电机、编码器及棱锥体，所述棱锥体的对称中心轴与所述驱动电机的输出轴连接，所述编码器记录电机带动棱锥体的旋转角度，所述棱锥体的各侧面均设有扫描镜面，所述驱动电机驱动所述棱锥体旋转以使所述扫描镜面用于接收入射激光并反射以旋转扫描被测对象。该装置主要安装于飞机载体上，结构简单易安装调试，且整个装置结构小巧；扫描镜的质心转轴与驱动电机轴重合，转动惯量小，减少了电机负载；棱锥体的各侧面均可作为激光发射与接收面，可用于多路激光发射与接收；扫描角度范围大，且激光脚点网格均匀，适合做激光点云数据。
[0021]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0022]图1为本专利技术机载激光雷达扫描镜装置的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术机载激光雷达扫描镜装置的侧视图；
[0024]图3为本专利技术机载激光雷达扫描镜装置的飞机悬停状态下的激光地面脚点轨迹图；
[0025]图4为本专利技术机载激光雷达扫描镜装置的飞行状态下扫描轨迹图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0029]如图1至图3所述，本专利技术实施例提供了一种包括均安设于无人机上的驱动电机、编本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载激光雷达扫描镜装置，其特征在于：包括均安设于无人机上的驱动电机、编码器及棱锥体，所述棱锥体的对称中心轴与所述驱动电机的输出轴连接，所述编码器记录电机带动棱锥体的旋转角度，所述棱锥体的各侧面均设有扫描镜面，所述驱动电机驱动所述棱锥体旋转以使所述扫描镜面用于接收入射激光并反射以旋转扫描被测对象。2.根据权利要求1所述的机载激光雷达扫描镜装置，其特征在于，所述棱锥体为中空结构。3.根据权利要求1所述的机载激光雷达扫描镜装置，其特征在于，所述棱锥体的侧面数量至少为三个。4.根据权利要求1所述的机载激光雷达扫描镜装置，其特征在于，所述棱锥体为多棱锥，所述驱动电机的输出轴与所述棱锥的底面垂直，所述棱锥的顶端竖直朝下。5.根据权利要求4所述的机载激光雷达扫描镜装置，其特征在于，所述棱锥底面水平布置，根据需求订制各侧面与所述底面的夹角，所述入射激光的入射光路水平照射在所述扫描镜面上。6.根据权利要求1所述的机载激光雷达扫描镜装置，其特征在于，所述扫描镜面镀相应激光波长的高反射膜，镀膜后反射率大于95％...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥谦，杜立彬，温春苗，李正宝，袁一博，陈光源，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：