【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及直升機載平臺的復(fù)雜振動對機載激光雷達三維成像不利影響的實時高精度補償問題。
技術(shù)介紹
激光雷達具有成像精度高、作業(yè)效率高、探測距離遠(yuǎn)等優(yōu)點，而直升機具有飛行機動靈活的優(yōu)點，對起飛和降落地點要求低，同時飛行高度也不高，適合各種復(fù)雜地形的測量，因此，兩者相結(jié)合，直升機載激光雷達在地形測繪、城市建模、電力線勘測等許多領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用。機載激光雷達工作過程中，要求機載平臺的運動有規(guī)律，通常要求直升機為勻速直線飛行，從而可使激光雷達的探測點云覆蓋區(qū)域規(guī)則，分布密度均勻，被測地形的采樣點分布滿足二維采樣定理要求，則經(jīng)過后續(xù)的點云插值和曲面擬合處理時，三維地形模型誤差較小，可滿足地面測量的分辨率要求，三維成像精度高。但直升機雖具有飛行機動靈活的優(yōu)點，但也有明顯的缺點，即直升機飛行過程中具有非常復(fù)雜的振動。直升機在實際飛行過程中，飛機體會受到多方面的干擾影響，如陣風(fēng)、湍流、發(fā)動機振動及控制系統(tǒng)的性能缺陷等，使機載平臺無法保持理想的勻速直線運動狀態(tài)，產(chǎn)生強烈且復(fù)雜的振動，嚴(yán)重影響激光雷達掃描點云的分布和采樣分辨率，進而降低了被測地形三維成像模型的精度。因此，采取有效措施，針對直升機載激光雷達的飛行平臺復(fù)雜振動進行實時高精度補償，具有重要的現(xiàn)實意義。現(xiàn)有可實現(xiàn)機載激光雷達載荷平臺實時補償方法中，如在專利ZL201010183492.4中，其提出了一種可實現(xiàn)機載激光雷達載荷平臺的俯仰角變化實時補償方法，另外在專利ZL201010180527.9中，其提出了一種可實現(xiàn)機載激光雷達載荷平臺的滾動角變化實時補償方法...
【技術(shù)保護點】
一種直升機載激光雷達平臺三維姿態(tài)角復(fù)雜振動實時補償方法與裝置，其特征在于包括直升機載平臺（1）、高頻激光脈沖測距儀（2）、一維掃描擺動振鏡系統(tǒng)（3）、三維高精度陀螺儀（4）、三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）、被測地形（6）；在所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）上，安裝了一面大尺寸反射鏡（501）；所述高頻激光脈沖測距儀（2）、一維掃描擺動振鏡系統(tǒng)（3）、三維高精度陀螺儀（4）和三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）均固定安裝在所述直升機載平臺（1）上；由所述高頻激光脈沖測距儀（2）發(fā)出的激光脈沖，經(jīng)所述一維掃描擺動振鏡系統(tǒng)（3）反射后射向所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5），經(jīng)所述三維角振動補償裝置（5）上的所述大尺寸反射鏡（501）反射后照向所述被測地形（6）；由所述三維高精度陀螺儀（4）獲得所述直升機載平臺（1）的實時三維姿態(tài)角振動信息，提供給所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）的控制器，使所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）上的所述大尺寸反射鏡（501）在所述直升機載平臺（1）的三軸方向上做與姿態(tài)角振動角度相關(guān)的反向轉(zhuǎn)動；在所述直升機載平臺（1）的滾動角和俯仰角轉(zhuǎn)動方向上，所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）上...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種直升機載激光雷達平臺三維姿態(tài)角復(fù)雜振動實時補償方法與裝置，其特征在于包括直升機載平臺（1）、高頻激光脈沖測距儀（2）、一維掃描擺動振鏡系統(tǒng)（3）、三維高精度陀螺儀（4）、三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）、被測地形（6）；在所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）上，安裝了一面大尺寸反射鏡（501）；所述高頻激光脈沖測距儀（2）、一維掃描擺動振鏡系統(tǒng)（3）、三維高精度陀螺儀（4）和三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）均固定安裝在所述直升機載平臺（1）上；由所述高頻激光脈沖測距儀（2）發(fā)出的激光脈沖，經(jīng)所述一維掃描擺動振鏡系統(tǒng)（3）反射后射向所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5），經(jīng)所述三維角振動補償裝置（5）上的所述大尺寸反射鏡（501）反射后照向所述被測地形（6）；由所述三維高精度陀螺儀（4）獲得所述直升機載平臺（1）的實時三維姿態(tài)角振動信息，提供給所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）的控制器，使所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）上的所述大尺寸反射鏡（501）在所述直升機載平臺（1）的三軸方向上做與姿態(tài)角振動角度相關(guān)的反向轉(zhuǎn)動；在所述直升機載平臺（1）的滾動角和俯仰角轉(zhuǎn)動方向上，所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）上的所述大尺寸反射鏡（501）的轉(zhuǎn)動狀態(tài)為反向旋轉(zhuǎn)所述直升機載平臺（1）的滾動角和俯仰角振動值的一半；而在所述直升機載平臺（1）的偏航角方向上，所述三維姿態(tài)角振動補償裝置（5）上的所述大尺寸反射鏡（501）的轉(zhuǎn)動狀態(tài)為實時反向旋轉(zhuǎn)所述直升機載平臺（1）的偏航角振動值相同角度，從而可實時高精度的補償?shù)羲鲋鄙龣C載平臺（1）三維姿態(tài)角振動，使所述高頻激光脈沖測距儀（2）發(fā)出的經(jīng)所述一維掃描擺動振鏡系統(tǒng)（3）反射后的激光掃描分布完全免受所述直升機載平臺（1）的三維姿態(tài)角振動的不利影響。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種直升機載激光雷達平臺三維姿態(tài)角復(fù)雜振動實時補償方法與裝置，其特征在于所述大尺寸反射鏡（501）的長寬為100mm×100mm，采用大尺寸激光反射鏡面可有效獲取地面反射的激光回波，有利于直升機載激光雷達的遠(yuǎn)距離探測；所述大尺寸反射鏡（501）的鏡面支撐桿（502）由四根組成，采用鈦合金材料制造，質(zhì)量輕強度高，兩兩垂直均勻分布在一個平面內(nèi)，并與小半球體（530）切平面緊固焊接；所述小半球體（530）是高度略低于球半徑的半球體，其采用不銹鋼制成，支撐凹球面立柱（522）采用磁性鋼做成，可將所述小半球體（530）的球面緊緊吸住，因此所述小半球體（530）的球表面和所述支撐凹球面立柱（522）的支撐凹球面立柱相互配合，形成滑動球面接觸，并且在強磁吸力的作用下，結(jié)合緊密不易分離，之間沒有縫隙，可靈活的繞x和y軸自由轉(zhuǎn)動，因此其運動結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個磁性球面萬向軸承；所述大尺寸反射鏡（501）的中心點（529）與所述小半球體（530）的球心位置始終重合，因此當(dāng)所述小半球體（530）和所述支撐凹球面立柱（522）組成的磁性球面萬向軸承繞x和y軸轉(zhuǎn)動時，所述大尺寸反射鏡（501）的所述中心點（529）的空間位置相對于機載平臺始終保持不變。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種直升機載激光雷達平臺三維姿態(tài)角復(fù)雜振動實時補償方法與裝置，其特征在于四個所述支撐桿（502）的端部各安裝了萬向連桿軸承（503）；所述大尺寸反射鏡（501）繞x軸的轉(zhuǎn)動是由x軸直動電機（524）通過x軸驅(qū)動連桿2（525）驅(qū)動，由x軸光柵尺位移測量傳感器（523）測出所述x軸直動電機（524）的實際位移，通過計算可獲得所述大尺寸反射鏡（501）繞x軸的實際轉(zhuǎn)角；在與安裝所述x軸直動電機（524）支撐桿相對方向的支撐桿上，安裝了x軸彈性恢復(fù)彈簧（505）和x軸阻尼器（506），與x軸驅(qū)動連桿1（504）相連，并通過x軸單軸連桿軸（507）與所述大尺寸反射鏡（501）相連接，其目的是獲得x軸控制系統(tǒng)的最優(yōu)固有頻率和阻尼比，改善所述大尺寸反射鏡（501）繞x軸的動態(tài)轉(zhuǎn)動特性；同樣，所述大尺寸反射鏡（50...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王建軍，苗松，李云龍，
申請(專利權(quán))人：山東理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37
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