成像激光雷达的无人机载技术探讨
发表时间：
2018-03-21T16:26:32.870Z 来源：《基层建设》2017年第34期 作者： 胡亮 闫小华 刘凯
[导读] 摘要：作为一种主动成像激光雷达成像方法，在低光照条件下，在复杂背景条件下获得高分辨率的远程场景前景广阔。

天津市津典工程勘测有限公司 天津 300222

摘要：作为一种主动成像激光雷达成像方法，在低光照条件下，在复杂背景条件下获得高分辨率的远程场景前景广阔。针对高压输电
线路巡检周期长，工作强度大，不能保证检查结果的客观性和完整性的问题，无人机（
uav）3 d激光雷达情报研究输电线路缺陷识别方
法。方法首先采用自动分类方法，对走廊的三维点云进行重新采样和分类。其次，将数据自动划分为地面、植被、杆塔和导线等四类，并
结合人工解释，确定低电源线、高速公路等类别；最后，根据国家网络的规定，提取出导线的安全缺陷和周围的地面。

关键词：成像激光雷达；无人机载；技术探讨
1
前言

无人驾驶飞行器（uav），由无线电遥控设备或机载程序控制系统操作，已经发展了一个世纪。自20世纪80年代以来，随着航空、电
子、信息、材料等技术的发展，无人机技术取得了长足的进步。无人机的使用在现代战争中得到了广泛应用，促使世界上许多国家以更大
的热情发展和生产无人机。无人机（
uav）的蓬勃发展和广泛应用取决于自身具有显著的优势：没有人员伤亡的风险，节省成本，使用无人
机（
uav）不考虑驾驶员因素。其次，电机性能良好，具有较强的生存能力，相无人飞行器（uav）轻量、体积小、机动能力强、易于使
用、对使用环境要求低、着陆地点、具有较高的生存能力；第三，应用领域广泛，无人机（
uav）在战场侦察等军事应用，战斗，攻击，建
立其独特的位置在突如其来的灾难和紧急事件监测中发挥了重要作用，在航空摄影，地图测绘、环境监测、矿产资源勘探、动物保护和农
业和许多其他应用程序变得越来越普遍在民事领域。
2
成像激光雷达常见类型

成像激光雷达可分为扫描式、非扫描式和合成孔径三大类。扫描类型包括光学扫描类型和电子扫描类型。非扫描类型包括阵列检测，
信号调制和条形管，激光照明是工作时间的要求，因此也被称为闪光类型或照明。非扫描激光检测成像可以基于雪崩光电二极管（
APD）
等多种阵列探测器，并结合距离选择或各种信号调制方法。条纹是一种真空管光电成像装置，基于瞬态光学工作中的弱信号测量原理，应
用于激光雷达系统，可以实现宽场、高帧频、高距离分辨率成像，以探测水下目标。合成孔径激光雷达在工作波长上的某些情况下，系统
光阑的空间分辨率随距离的增大而减小，使用合成孔径雷达工作原理，实现高分辨率成像激光探测远距离。如果激光雷达不移动，目标移
动，则是反合成孔径激光雷达。
3
成像激光雷达主要研究进展
3.1
扫描型成像激光雷达

扫描成像激光雷达技术相对成熟，其产品已应用于工业建模、遥感、测绘等领域。该原理是基于APD单元探测器，类似于光束指向一
个受控制的窄场激光测距仪。传输和接收光路可与光学孔径共享，以压缩系统结构，但需要解决串扰问题。光束扫描模式有两种类型：光
扫描（机械运动）和电子扫描（非机械）。系统工作时，狭窄的激光束在给定区域逐点扫描，接收回波，并记录每个相应的扫描角度和时
间信息，扫描角点的位置和距离，采集、处理、显示，在一定的顺序对形成扫描区域的三维图像。
3.2
固定成像激光雷达

非扫描成像激光雷达阵列探测器的成像速度和高帧频、大视场、体积小的优点，因为没有束扫描，系统大大简化，减少了体积，低质
量，与此同时，激光脉冲重复率和低光束准直发射和接收之间的需求。但由于发射的激光照射整个成像检测区域，并接收激光应均匀分布
在阵列探测器检测单元，所以发射（或接收）梁均质化处理，这在一定程度上，降低激光的发射峰，没有充分利用激光强度。非扫描成像
激光雷达常用的距离选通技术，变换的空间扫描目标时域扫描，只有当激光回波脉冲探测器选通工作，同时抑制后向散射的影响激光大气
传输领域，为目标的距离信息和辅助系统。甚至一些系统也特别添加了一个测距通道来精确地设置距离和宽度。
3.3
合成孔径激光雷达

直接安装在飞机以恒定速度，其光学传输/接收天线阵列，合成孔径激光雷达使用相对目标运动，实际尺寸较小的等效大孔径天线孔径
天线，从而打破光学孔径衍射极限的限制，实现高空间分辨率，成像激光在很长一段距离。如果目标在移动，则可以暂停直升机，利用逆
合成孔径技术实现目标激光成像。合成孔径激光雷达的动态范围在微动目标检测中具有明显的优势。目前国内外尚未进入工程应用阶段，
需要进行进一步的研究。
4
无人机载总体设计考虑

在长距离、高分辨率、轻量化、低功耗、高实时性和人眼安全性的基础上，国外机载三维成像激光雷达的发展特性，这也是无人机
（
uav）负载的发展方向。麻省理工学院林肯实验室开发了创——我，Gen - II，Gen - III和加强版的机载三维成像探测系统，DARPA的高
隐身目标识别进行了高分辨率成像的小型机载激光三维成像传感器（拼图）的研究和开发，其设备的大小和性能类似于中小型无人机
（
uav）负载要求。原则上说，各种成像激光雷达很可能适用于无人机（uav），但技术系统的具体选择主要来自于应用需求、技术成熟度
和平台适应性。
4.1
总体结构形式

无人驾驶飞行器成像激光雷达通常用于查看、降低或侧视，并以某一瞬时视场（或扫描场）成像某一区域。为了避免机体的振动或振
动，一般系统结构包括一个陀螺仪稳定平台，以维持视轴的稳定性，而定位或调距可用于图像不同的方向。小系统可以被制成一个整体、
插件或隐藏（到）光学窗口的安装，否则可以制造裂变结构，只有激光发射和接收光学部件安装在陀螺稳定平台上。
4.2
采用扫描成像体制实现远距离激光成像

扫描激光雷达系统适用于成像探测距离，但不快速。窄激光系统的工作原理，使用光机或电子扫描激光区域逐点测量的发射和接收，
通过激光脉冲飞行时间（
TOF）获得目标距离，根据机载INS / GPS导航，飞机平台的运动和姿态参数和激光扫描角目标方位和仰角，距离
三维坐标，最后通过数据处理和相应的算法来获得三维图像的目标或区域进行测试。
4.3
高帧频激光成像是通过非扫描成像系统实现的

基于阵列探测器的非扫描成像激光雷达适用于高帧频成像。利用衍射光谱法，将激光束分割成一个细束阵列，就像探测器阵列的元素
分布一样，可以有效地照亮探测器的每个像素，降低背景光干扰。一个小的镜头阵列也可以安装在探测器阵列的前面，这样每个像素的激
活区域就会被一个激光信号照亮。
5
结束语

提出了一种无人机激光雷达传输线智能识别的方法。它能提高传输线检查的效率和准确性。与传统的检测方式相比，基于无人机的三
维激光扫描仪获取的点云数据高压输电线路，自动分类方法用于转换走廊沉重的金字塔一个三维点云数据采样和处理步骤类型、数据位置
准确，时间很短，很快，为了避免的需要人员现场检查沿线的状态；其次基于数据预处理，特征识别，人工解释，根据其相关安全规则提
取现状中存在的安全缺陷的电线和周围的地形，现有的缺陷类型，位置，一目了然，克服传统方法检验人工记录位置不准确，容易错过，
耗费时间，等。为了进一步提高电力的效率检验和激光雷达点云的应用在电力检查，将增加自动特征识别的点云从以下类别，植被生长风
险预测的研究方法的深入研究。

参考文献：
[1]
李番，邬双阳，郑永超，杨红果.合成孔径激光雷达技术综述[J].红外与激光工程，2006，（01）：55-59+65.
[2]
杨鹏，王宇志，李琳，艾华.主动成像激光雷达[J].红外与激光工程，2008，37（S3）：115-119.