专利名称：一种直升机防撞用激光扫描方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及直升机防撞技术、点扫描式机载激光扫描三维成像技术以及机载激光扫描的俯仰角补偿技术。
背景技术：
直升机具有低空飞行和高度机动性等多种特点，不仅军事用途多样，在民用领域用途也相当广泛。目前，直升机被广泛应用于商务运输、观光游览、缉私缉毒、治安消防、医疗救护、森林灭火、喷洒农药、探测鱼群、石油勘探等许多领域。直升机的安全问题一直是人们关注的焦点。一方面，直升机虽然飞行机动性、灵活性强，但安定性、稳定性差，直升机独特的构型造成了其事故率比较高。另一方面，随处可见的电力线、拉线和铁塔等地面观测性障碍物，是造成直升机机毁人亡事故的主要原因。直升机坠毁事故中有相当一部分是直升机与电线、电缆和电线杆等微小障碍物发生碰撞造成的。另外，每年直升机相撞和直升机撞山坠毁的事件也频发。因此，设计直升机防撞技术用于对电线、电线杆、高楼建筑物、尖塔等障碍物的检测，具有非常重要的现实意义。目前，直升机防撞毫米波雷达技术较为成熟，其扫描视场较大，全天侯探测能力较强，但缺点是分辨率低，难以探测较细的电线等障碍物，并且抗电磁干扰能力较差。而激光扫描雷达则具有高空间分辨率和抗电磁干扰等特性，是直升机防撞告警的理想装备。直升机防撞激光扫描技术是基于激光扫描测距原理的测量技术，集成了飞机平台、激光扫描仪、全球定位系统GPS (Global Positioning System)、惯性导航系统INS (InitialNavigation System,主要包括惯性测量单兀，即 IMU, Inertial Measurement Unit)以及计算机数据采集与处理系统等。直升机机载激光扫描三维成像用于防撞的工作过程如下激光扫描仪安装在直升机前方或下方等位置，由DGPS/INS组合测量系统通过卡尔曼滤波技术实时测出直升机载荷平台的飞行轨迹和姿态角，根据激光脉冲的飞行时间计算出激光扫描仪扫描镜光学中心到地面激光脚点的距离，另外，结合由光电轴角编码器获得的该激光脉冲发射时刻的扫描方位角，可计算出地面激光脚点的三维坐标。大量的激光脚点形成激光点云，经过后续点云处理，获得被测地形的三维成像，即数字高程模型DEM (Digital Elevation Model)和数字表面模型DSM (Digital Surface Model)等。进一步,根据三维成像,可获得障碍物的形状和距离等信息，告警飞行员及时避障。激光雷达对障碍物扫描点云的分辨率高，可探测微小和易被忽视的障碍物，如电线、电线杆等。另外，能够测量雷达扫描角度内的山体和地貌，能够观测到运动趋势有效范围内的小型飞行物，如无人机、较大体型的飞鸟等，并能够准确探测电缆、电线杆、塔、烟囱等建筑的形状、距离、方位等信息，实时显示障碍物的图像，同时发出告警信号，以便驾驶员及时采取回避动作。欧洲航空防务和航天公司(EADS)于2001年11月26日正式对外宣布，美国陆军将对该公司研制的直升机激光(HELLAS)雷达避障系统进行测试。该HELLAS雷达能通过光学和声音信号探测到飞机在低空飞行中将要碰到的障碍物(例如，电线和树木)，并向机组成员发出警报。目前的直升机防撞用点扫描式激光扫描仪的扫描体制主要有三种,一是米用双光楔扫描，可形成玫瑰花形的扫描线轨迹；二是采用双振镜扫描，可形成栅形扫描线轨迹；三是采用旋转棱镜加振镜扫描，可形成栅形扫描线轨迹。但这三种扫描方式的扫描区域受扫描振镜面的尺寸限制，扫描范围小；同时，运动部件存在较大的加速度变化，产生惯性力冲击，影响长期的使用精度。另外，在激光扫描过程中，直升机体会受到多方面的干扰影响，如阵风、湍流、发动机振动及控制系统本身的控制性能缺陷等，使直升机体的俯仰角随时变化，对障碍物的扫描点云较大。一方面，直升机体的俯仰角变化会改变各圆形激光扫描轨迹的行间距，导致激光点云的密度有较大降低，使被测障碍物的激光扫描点云的空间分辨率下降，造成后续重建障碍物三维模型的质量退化、精度降低；另一方面，直升机体的俯仰角变化会导致激光扫描区域脱离了对地面障碍物区域的扫描，漏扫各种地面障碍物，如电缆，电线杆和塔、高耸烟囱等建筑，从而造成安全威胁。因此，针对直升机体防撞激光扫描雷达的俯仰角变化的实时补偿非常有必要，具有重要的现实意义，可大大提高对地面障碍物的探测可靠性和精度。目前的直升机防撞激光扫描缺乏对俯仰角变化的实时补偿技术的详细报道，也没有针对直升机防撞激光扫描俯仰角变化的实时补偿装置存在，同时现有文献中也没有关于直升机防撞激光扫描俯仰角变化的实时补偿技术的研究。
发明内容
为了实现直升机防撞的快速激光扫描成像，提高扫描区域范围，并针对现有直升机防撞激光扫描技术中缺乏对俯仰角变化的实时补偿技术的缺陷，本发明提供了 一种直升机防撞用激光扫描装置，一方面，产生不同于现有激光扫描点云形态的新激光扫描体制；另一方面，可实现对直升机体俯仰角变化的实时补偿，有效提高防撞扫描的可靠性。其中，激光扫描点云形态由两方面运动决定，一是激光扫描仪整体装置在俯仰方向的正弦摆动，二是扫描镜旋转运动形成的圆锥式激光扫描轨迹，两运动的合成产生圆形旋转推进的激光点扫描轨迹，形成长方形扫描条带，可高分辨率探测直升机前下方的障碍物。另外，当直升机体有俯仰角变化时，由直升机体俯仰角测量装置获得俯仰角值，提供给防撞激光扫描仪控制器，实时控制俯仰方向的摆动角度，补偿俯仰角变化，使激光扫描俯仰视场角相对于当地水平面始终不变，防止由于俯仰角变化的影响而漏扫直升机前下方的地面障碍物。本申请专利提供的一种直升机防撞用激光扫描装置，其特征在于包括防撞激光扫描仪装置(I)、直升机体俯仰角测量装置(2)、直升机体(3);所述防撞激光扫描仪装置(1)，其特征在于包括防撞激光扫描仪控制器(11)、俯仰扫描电机(12)、传动机构(13)、俯仰扫描旋转框架(14)、俯仰扫描光电轴角编码器(15)、圆锥扫描电机(16)、圆锥扫描镜(17)、圆锥扫描光电轴角编码器(18)、激光测距仪(19)。所述直升机体俯仰角测量装置(2)，其特征在于包括GPS (31), IMU (32)、卡尔曼滤波器(23)。所述防撞激光扫描仪装置(I)和所述直升机体俯仰角测量装置(2)均固定在所述直升机体(3)上。所述圆锥扫描电机(16)、所述圆锥扫描镜(17)、所述圆锥扫描光电轴角编码器(18)和所述激光测距仪(19)均安装在所述俯仰扫描旋转框架(14)上。在所述防撞激光扫描仪装置(I)中，所述俯仰扫描电机(12)通过所述传动机构(13)，带动所述俯仰扫描旋转框架(14)以正弦方式进行摆动；所述圆锥扫描电机(16)带动所述圆锥扫描镜(17)旋转，反射由所述激光测距仪(19)发出的激光脉冲，所述激光测距仪
(19)测量每个激光脉冲打在障碍物上的激光脚点的空间距离；当所述直升机体(3)有俯仰变化时，由所述直升机体俯仰角测量装置(2)实时获得俯仰角值，提供给所述防撞激光扫描仪控制器(11)，控制所述俯仰扫描电机(12)的摆动角度，使激光扫描俯仰视场角始终相对于当地水平坐标系不变，以补偿俯仰角变化，防止由于俯仰角的变化造成激光扫描区域漏扫地面障碍物。其中，所述防撞激光扫描仪(I)安装在直升机体(3 )的前下部，相对于水平方向的安装倾斜角为45°。激光扫描点云形态由两方面运动决定,一是俯仰方向的正弦摆动，二是扫描镜旋转运动形成的圆锥式激光扫描，两运动的合成产生圆形旋转推进的激光点扫描轨迹，形成长方形扫描条带，可高分辨率探测直升机前下方的障碍物。俯仰扫描视场角为±60° ,圆锥激光扫描的倾斜角为15° (即所述圆锥扫描镜的平面法线与所述圆锥扫描电
机的转轴之间的夹角)。所述防撞激光扫描仪控制器(11)根据激光测距仪获得的激光脚点的空间距离和方位、所述俯仰扫描光电轴角编码器(15)获得的所述防撞激光扫描仪的俯仰方向转角(即所述俯仰扫描旋转框架(14)的转动角度)，以及所述圆锥扫描光电轴角编码器
(18)获得的旋转角度，可计算出地面激光脚点的空间位置。当激光扫描脉冲打到直升机前下方的障碍物上(如电线、电线杆、建筑物、尖塔等)时，所述防撞激光扫描仪控制器(11)获得关于该障碍物的激光扫描点云，经过曲面拟合，重建障碍物的三维成像，并判断出障碍物的形状和距离信息，提醒飞行员及时操作直升机避开该障碍物。其中，所述GPS (21)的接收天线安装在所述直升机体(3)的上部，所述IMU (22)安装在直升机体(3)底部的机载平台(4)上，所述GPS (21)和所述MU (22)的测量数据通过所述卡尔曼滤波器(23)的数据处理，获得所述直升机体(3)的实时俯仰角值，提供给所述防撞激光扫描仪(I)的所述防撞激光扫描仪控制器(11 )，通过补偿控制，使所述防撞激光扫描仪(I)的俯仰扫描视场角范围始终相对于当地水平参考坐标系不变，此时的俯仰扫
描视场角=设定的俯仰扫描视场角(±60°)-所述直升机体(3)的俯仰角，从而实现对俯仰角变化的实时补偿，消除所述直升机体(3)的俯仰角变化对激光扫描覆盖区域的不利影响，提高对直升机前下方障碍物的扫描可靠性，防止因所述直升机体(3)的大角度俯仰角变化而导致激光扫描区域脱离对地面障碍物的扫描。其中，所述传动机构(13)采用齿轮-齿轮传动或齿轮-带轮传动。其中，所述激光测距仪(19)的最大测距为300米，激光脉冲重复频率最大为100kHz，圆锥扫描镜旋转频率为110 Hz (即旋转速度为6600r/min)，俯仰方向的正弦摆动频率为2Hz。所述防撞激光扫描仪(I)的所述俯仰扫描旋转框架(14)的转动角度每转动一个正弦周期，可获得一帧扫描三维图像，对直升机前下方的障碍物进行一次测量。由于俯仰方向的正弦摆动频率为2Hz，因此每秒钟可进行两次激光扫描成像，获得两幅三维图像，保证扫描成像的实时性。而圆锥扫描镜旋转频率为110 Hz，则每秒钟可获得110圈激光扫描线(即激光脉冲点形成的轨迹线)，以保证激光点云的密度，使三维成像具有较高的空间分辨率。综上，本发明提供的一种直升机防撞用激光扫描装置具有三个主要的特点，一是可获得具有长方形扫描条带的圆形推进激光扫描点云，扫描范围大且可调；二是每秒可获得两幅三维图像，每幅图像可具有55个圆形扫描圈，此结构可保证直升机防撞激光扫描具有高实时性和获得高空间分辨率的激光点云；三是可实时补偿直升机的大俯仰角变化对激光扫描成像的不利影响，消除所述直升机体(3)的俯仰角变化对激光扫描覆盖区域的不利影响，提高直升机提高防撞技术的可靠性。
图1是直升机防撞激光扫描仪系统结构框图。图2是直升机防撞激光扫描工作原理示意图。图3是防撞激光扫描仪结构图。图4是防撞激光扫描仪的俯仰角变化补偿控制系统框图。图5是防撞激光扫描仪的空间扫描点云分布图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明专利实施例作进一步详细描述。图1是直升机防撞激光扫描仪系统结构框图。本发明提供的一种直升机防撞用激光扫描装置，其特征在于包括防撞激光扫描仪装置(I)、直升机体俯仰角测量装置(2)、直升机体(3 );所述防撞激光扫描仪装置(I)，其特征在于包括防撞激光扫描仪控制器(11)、俯仰扫描电机(12)、传动机构(13)、俯仰扫描旋转框架(14)、俯仰扫描光电轴角编码器
(15)、圆锥扫描电机(16)、圆锥扫描镜(17)、圆锥扫描光电轴角编码器(18)、激光测距仪
(19)；所述直升机体俯仰角测量装置(2)，其特征在于包括GPS (31)、IMU (32)、卡尔曼滤波器(23);所述防撞激光扫描仪装置(I)和所述直升机体俯仰角测量装置(2)均固定在所述直升机体(3)上；所述圆锥扫描电机(16)、所述圆锥扫描镜(17)、所述圆锥扫描光电轴角编码器(18)和所述激光测距仪(19)均安装在所述俯仰扫描旋转框架(14)上；在所述防撞激光扫描仪装置(I)中，所述俯仰扫描电机(12)通过所述传动机构(13)，带动所述俯仰扫描旋转框架(14)以正弦方式进行摆动；所述圆锥扫描电机(16)带动所述圆锥扫描镜(17)旋转，反射由所述激光测距仪(19)发出的脉冲激光，所述激光测距仪(19)测量每个激光脉冲打在障碍物上的激光脚点的空间距离；当所述直升机体(3)有俯仰角变化时，由所述直升机体俯仰角测量装置(2)获得，提供给所述防撞激光扫描仪控制器(11)，控制所述俯仰扫描电机(12)的摆动角度，以补偿俯仰角变化，使激光扫描俯仰视场角始终相对于当地水平坐标系不变，防止激光扫描区域由于俯仰角的变化而脱离了地面障碍物造成漏扫。图2是直升机防撞激光扫描工作原理示意图。所述防撞激光扫描仪(I)安装在所述直升机体(3)的前下部，相对于水平方向倾斜角为45°，对前下方区域进行激光扫描，俯仰扫描视场角为±60°。由所述GPS (21)安装在所述直升机体(3)的上部，所述MU (22)安装在所述直升机体(3)上的所述机载平台(4)上，所述GPS (21)和所述MU (22)通过所述卡尔曼滤波器(23)，获得所述直升机体(3)的实时俯仰角，提供给所述防撞激光扫描仪(O的所述防撞激光扫描仪控制器(11)，通过补偿控制，使所述防撞激光扫描仪(I)的扫描俯仰角视场区域始终相对于当地水平参考坐标系不变，即对俯仰角的变化进行实时补偿，消除所述直升机体(3)的俯仰角变化对激光扫描方向的不利影响，提高对直升机前下方障碍物扫描的可靠性，防止因所述直升机体(3)的大角度俯仰角变化而导致激光扫描区域脱离扫描地面障碍物而造成漏扫。图3是防撞激光扫描仪结构图。所述防撞激光扫描仪装置(I )，其特征在于包括防撞激光扫描仪控制器(11)、俯仰扫描电机(12)、传动机构(13)、俯仰扫描旋转框架(14)、俯仰扫描光电轴角编码器(15)、圆锥扫描电机(16)、圆锥扫描镜(17)、圆锥扫描光电轴角编码器(18)、激光测距仪(19);所述防撞激光扫描仪装置(I)固定安装在所述直升机体(3)上；所述圆锥扫描电机(16)、所述圆锥扫描镜(17)、所述圆锥扫描光电轴角编码器(18)和所述激光测距仪(19)均安装在所述俯仰扫描旋转框架(14)上；所述传动机构(13)采用齿轮-齿轮传动或齿轮-带轮传动；在所述防撞激光扫描仪装置(I)中，所述俯仰扫描电机
(12)通过所述传动机构(13)，带动所述俯仰扫描旋转框架(14)以正弦方式进行摆动；所述圆锥扫描电机(16)带动所述圆锥扫描镜(17)旋转，反射由所述激光测距仪(19)发出的脉冲激光，所述激光测距仪(19)测量每个激光脉冲打在障碍物上的激光脚点的空间距离；当所述直升机体(3)没有俯仰角变化时或俯仰角变化很微小时，所述俯仰扫描电机(12)带动所述俯仰扫描旋转框架(14)的摆动角度范围始终不变，为设定的俯仰扫描视场角(土 60° );
当所述直升机体(3)有俯仰角变化时，由所述直升机体俯仰角实时测量装置(2)获得俯仰角值，提供给所述防撞激光扫描仪控制器(11)，控制所述俯仰扫描电机(12)的摆动角度范
围，以补偿俯仰角变化，此时的俯仰扫描视场角=设定的俯仰扫描视场角(± 60° )-所述直升机体(3)的俯仰角，使激光扫描俯仰视场角始终相对于当地水平坐标系不变，防止激光扫描区域由于俯仰角变化的影响而脱离了地面障碍物造成漏扫。图4是防撞激光扫描仪的俯仰角变化补偿控制系统框图。当所述直升机体(3)没有俯仰角变化时或俯仰角变化很微小时，所述俯仰扫描电机(12 )的摆动角度为设定俯仰
扫描视场角(即± 60° );当所述直升机体(3)有俯仰角变化时，由所述直升机体俯仰角测量装置(2)实时获得所述直升机体(3)的俯仰角变化值，提供给所述防撞激光扫描仪控制器
(11)，控制所述俯仰扫描电机(12)的摆动角度,此时控制系统输入的的俯仰扫描视场角=
设定的俯仰扫描视场角(± 60° )-所述直升机体(3)的俯仰角，以补偿所述直升机体(3)的
俯仰角变化对激光扫描区域的不利影响，使激光扫描俯仰视场角始终相对于当地水平坐标系不变，防止激光扫描区域由于俯仰角变化的影响而漏扫地面障碍物。由于所述俯仰扫描电机(12)带动所述俯仰扫描旋转框架(14)的正弦摆动频率是2 Hz,即每秒钟获得两幅激光扫描三维图像，故设定俯仰角变化补偿控制系统的控制频率也是2 Hz,即每扫描一幅图像，进行一次俯仰角补偿控制。图5是防撞激光扫描仪的空间扫描点云分布图。激光扫描点云的形态由两方面的运动决定，一是所述俯仰扫描旋转框架(14)在俯仰方向的正弦摆动；二是所述圆锥扫描镜
(17)的圆周运动形成的圆形激光扫描轨迹分布激光点。参数设置为所述激光测距仪(19)的激光测距为50 m，脉冲重复频率设为10 kHz，所述圆锥扫描镜(17)的旋转频率为110 Hz(即旋转速度为6600 r/min)，所述俯仰扫描旋转框架(14)的正弦运动频率为2 Hz0另外，
防撞激光扫描仪的安装倾斜角为45° ,俯仰方向的扫描视场角为120° (±60°)，圆锥激光扫描的倾斜角为15° (即所述圆锥扫描镜的平面法线与所述圆锥扫描电机的转轴之间的夹角)。根据上述参数，通过数值仿真，模拟直升机防撞激光扫描过程，获得在以直升机防撞激光扫描仪激光脉冲发射点为圆心、测距为50米的空间圆面上进行扫描的激光点云。如图
(a)和(b)所示，图中单独的大实心圆点代表所述防撞激光扫描仪的激光发射中心点(即所述圆锥扫描镜(17)上的激光反射点)。其中，图(a)是激光扫描点云的侧面图，扫描激光点均分布在以直升机防撞激光扫描仪激光脉冲发射点为圆心、测距为50米的空间圆面上；图
(b)为激光扫描点云的正面视图。当在上述的激光扫描视场角区域内有障碍物时，如电线、高楼、电线杆等，激光扫描点会打到障碍物上时，获得关于该障碍物的激光扫描点云，经过曲面拟合处理，可获得障碍物的三维图像，并判断出障碍物形状和距离信息，及时提醒飞行员合理操作直升机避开该障碍物。以上对本发明及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本发明的实施方式之一。在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造地设计出与该技术方案类似的结构或实施例，均属本发明保护范围。
权利要求
1.一种直升机防撞用激光扫描装置，其特征在于包括防撞激光扫描仪装置(I)、直升机体俯仰角测量装置(2)、直升机体(3);所述防撞激光扫描仪装置(I )，其特征在于包括防撞激光扫描仪控制器(11)、俯仰扫描电机(12)、传动机构(13)、俯仰扫描旋转框架(14)、俯仰扫描光电轴角编码器(15 )、圆锥扫描电机(16 )、圆锥扫描镜(17 )、圆锥扫描光电轴角编码器(18)、激光测距仪(19);所述直升机体俯仰角测量装置(2)，其特征在于包括GPS (31)、IMU (32)、卡尔曼滤波器(23);所述防撞激光扫描仪装置(I)和所述直升机体俯仰角测量装置(2)均固定在所述直升机体(3)上；所述圆锥扫描电机(16)、所述圆锥扫描镜(17)、所述圆锥扫描光电轴角编码器(18)和所述激光测距仪(19)均安装在所述俯仰扫描旋转框架(14)上；在所述防撞激光扫描仪装置(I)中，所述俯仰扫描电机(12)通过所述传动机构(13)，带动所述俯仰扫描旋转框架(14)以正弦方式进行摆动；所述圆锥扫描电机(16)带动所述圆锥扫描镜(17)旋转，反射由所述激光测距仪(19)发出的激光脉冲，所述激光测距仪(19)测量每个激光脉冲打在障碍物上的激光脚点的空间距离；当所述直升机体(3)有俯仰角变化时，由所述直升机体俯仰角测量装置(2)实时获得，提供给所述防撞激光扫描仪控制器(11 )，控制所述俯仰扫描电机(12)的摆动角度，以补偿俯仰角变化，使激光扫描俯仰视场角始终相对于当地水平坐标系不变，防止由于俯仰角的影响而使激光扫描区域漏扫地面障碍物。
2.按照权利要求1所述的一种直升机防撞用激光扫描装置，其特征在于所述防撞激光扫描仪(I)安装在直升机体(3)的前下部，相对于水平方向的安装倾斜角为45° ;激光扫描点云形态由两方面运动决定，一是俯仰方向的正弦摆动，二是扫描镜旋转运动形成的圆锥式激光扫描，两运动的合成产生圆形旋转推进的激光点扫描轨迹，形成长方形扫描条带，可高分辨率探测直升机前下方的障碍物；俯仰扫描视场角为±6Cf ,圆锥激光扫描的倾斜角为15° (即所述圆锥扫描镜的平面法线与所述圆锥扫描电机的转轴之间的夹角)；所述防撞激光扫描仪控制器(11)根据激光测距仪获得的激光脚点的空间距离和方位、所述俯仰扫描光电轴角编码器(15)获得的所述防撞激光扫描仪的俯仰方向转角，以及所述圆锥扫描光电轴角编码器(18)获得的旋转角度，可计算出地面激光脚点的空间位置；当激光扫描脉冲打到直升机前下方的地面障碍物上时，所述防撞激光扫描仪控制器(11)获得关于该障碍物的激光扫描点云，经过曲面拟合，获得障碍物的三维成像，判断出障碍物的形状和距离信息，并提醒飞行员及时操作直升机避开该障碍物。
3.按照权利要求1所述的一种直升机防撞用激光扫描装置，其特征在于所述GPS(21)的接收天线安装在所述直升机体(3)的上部，所述MU (22)安装在直升机体(3)底部的机载平台(4)上，所述GPS (21)和所述MU (22)的测量数据通过所述卡尔曼滤波器(23)的数据处理，获得所述直升机体(3)的实时俯仰角值，提供给所述防撞激光扫描仪(I)的所述防撞激光扫描仪控制器(11)，通过补偿控制，使所述防撞激光扫描仪(I)的俯仰扫描视场角范围始终相对于当地水平参考坐标系不变，此时的俯仰扫描视场角=设定的俯仰扫描视场角(士 60^ )-所述直升机体(3)的 俯仰角，从而实现对俯仰角变化的实时补偿，消除所述直升机体(3)的俯仰角变化对激光扫描覆盖区域的不利影响，提高对直升机前下方障碍物的扫描可靠性，防止因所述直升机体(3)的大角度俯仰角变化而导致激光扫描区域脱离对地面障碍物的扫描。
4.按照权利要求1所述的一种直升机防撞用激光扫描装置，其特征在于所述传动机构(13)米用齿轮-齿轮传动或齿轮_带轮传动。
5.按照权利要求1所述的一种直升机防撞用激光扫描装置，其特征在于所述激光测距仪(19)的最大测距为300米，激光脉冲重复频率最大为100 kHz,圆锥扫描镜旋转频率为.110 Hz (即旋转速度为6600r/min)，俯仰方向的正弦摆动频率为2Hz ;所述防撞激光扫描仪(O的所述俯仰扫描旋转框架(14)的转动角度每转动一个正弦周期，可获得一帧扫描三维图像，对直升机前下方的障碍物进行一次测量；由于俯仰方向的正弦摆动频率为2Hz，因此每秒钟可进行两次激光扫描成像，获得两幅三维图像，保证扫描成像的实时性；而圆锥扫描镜旋转频率为110 Hz，则每秒钟可获得110圈激光扫描线(即激光脉冲点形成的轨迹线)，以保证激光点云 的密度 ，使三维成像具有较高的空间分辨率。
全文摘要
一种直升机防撞用激光扫描方法与装置，包括防撞激光扫描仪装置、直升机体俯仰角测量装置和直升机体，可对地面障碍物进行实时扫描成像，及时给飞行员提供障碍物的形状和距离信息。激光扫描点云形态由两维运动决定，一是俯仰方向的正弦摆动，二是扫描镜旋转运动形成的圆锥式激光扫描，两运动的合成产生圆形旋转推进的激光点扫描轨迹，形成长方形扫描条带，可高分辨率探测直升机前下方的障碍物。当直升机有俯仰角变化时，由直升机体俯仰角测量装置获得俯仰角值，提供给防撞激光扫描仪控制器，实时控制俯仰方向的摆动角度，补偿俯仰角变化，使激光扫描俯仰视场角相对于当地水平面始终不变，防止由于俯仰角变化的影响而漏扫直升机前下方的地面障碍物。
文档编号G01S17/93GK103076614SQ20131002671
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者王建军, 刘吉东, 王守谦 申请人:山东理工大学