一种大平面激光三维成像质量检校场及其设计方法技术

本发明专利技术涉及一种大平面激光三维成像质量检校场及其设计方法，该检校场包括多个用于获取激光波束成像的大平面高平整度检校靶板，按给定布置方案进行布设；所述每个检校靶板包括多个用于调整局部平整度的靶板面调节器；所述方法包括：靶板基准平面参数获取、激光器三维成像点云获取、误差校验和质量精度评定。与现有技术相比，本发明专利技术可提高激光器三维成像质量精度，满足着陆区快速建模与障碍物识别的需求，为行星探测着陆器安全着陆提供支撑。为行星探测着陆器安全着陆提供支撑。为行星探测着陆器安全着陆提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种大平面激光三维成像质量检校场及其设计方法


[0001]本专利技术涉及激光三维成像领域，尤其是涉及一种大平面激光三维成像质量检校场及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着深空探测技术的发展，各国已陆续开展地外天体表面巡视、物质探测及月球空间站建设，陆器安全着陆成为工程成败中的关键任务。针对着陆过程不可重复性限制，我国深空探测着陆器选用激光三维成像技术进行着陆区障碍探测与安全着陆点选取，亟待高可信的成像量测级精度。激光雷达(Light Detection and Ranging，LiDAR)具有测量精度高、角度分辨率高、测量速度快和抗干扰能力强等优点，且不受光照影响，可快速探测目标区域三维地形信息，是着陆区筛选的重要手段。
[0003]采用多波束线阵探测技术的激光三维成像系统，结合了光学和电子成像高速回波处理能，提高了目标探测分辨率和成像速率，能更好的满足行星着陆器悬停段预定着陆区快速建模与障碍识别需求。因三维成像系统采用多波束二维振镜扫描、稀疏点云的复杂成像模式，测量过程中存在测距、测角等误差，影响了着陆区障碍探测精度以及安全着陆区选取的可信度，需要开展有效的地面实验进行成像质量误差分析与成像质量改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高的大平面激光三维成像质量检校场及其设计方法，从而提高了激光器三维成像精度，满足着陆区快速建模与障碍物识别的需求。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种大平面激光三维成像质量检校场，该质量检校场包括多个用于获取激光波束成像的大平面高平整度检校靶板，并按给定布置方案进行布设；每个所述检校靶板包括多个用于调整局部平整度的靶板面调节器。
[0007]优选地，所述检校靶板通过钢框架支撑，该钢框架为方钢铁管焊接的龙骨框架。
[0008]优选地，所述龙骨框架包括多个小框架单元，所述检校靶板利用多个钢板面和小框架单元支撑点与龙骨框架固定连接。
[0009]优选地，所述靶板面调节器置于龙骨框架的小框架单元分割点处。
[0010]优选地，所述龙骨框架采用方钢铁管作为斜支撑。
[0011]优选地，所述检校靶板的基准面涂有用于模拟月壤反射率的检校靶板图层。
[0012]优选地，所述检校靶板的布置方案包括：在垂直激光成像方向，设计不同的成像距离，提升激光成像视场深度；同时设计多个阶梯状平台，增加检校靶板摆放的平台高程变化，扩展竖直成像视场范围。
[0013]优选地，所述检校靶板的布置方案包括：所述龙骨框架底座设有转向轴并安置固定桩，部分所述检校靶板设计垂向倾角和观测方向夹角，采用不同垂向倾角和不同观测方
向夹角的安置方法构建多法向平面检校基准。
[0014]优选地，所述检校靶板的布置方案包括：所述校靶板两两固定连接并呈设定夹角，增加线和面的几何向量特征的约束。
[0015]根据本专利技术的第二方面，提供了一种基于上述的一种大平面激光三维成像质量检校场的设计方法，该方法包括以下步骤：
[0016]步骤S1：检校靶板基准平面参数获取，利用高精度全站仪构建区域平面控制网，获取靶板基准面的三维空间坐标并构建多法向大平面基准向量矩阵；步骤S2：激光器三维成像点云获取，将激光器安置于观测云台上，设计不同观测角度对靶板区进行扫描成像，分别获取其点云数据并进行分割提取；
[0017]步骤S3：误差校验，利用区域平面控制参数，对激光三维成像误差进行检校；
[0018]步骤S4：精度评定，对改正值与基准值比较分析，评价成像质量精度
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0020]1)本专利技术提出的一种宽视场多法向大平面激光三维成像质量检校场，通过高强度钢板与平整度调节器建造了共面精度高的大平面检校靶板，提高了激光器三维成像质量精度，满足着陆区快速建模与障碍物识别的需求，为行星探测着陆器安全着陆提供支撑；
[0021]2)本专利技术设计在1064nm波长的近似于月表环境的检校靶板涂层，真实模拟月表弱反射率环境下的激光器成像回波信号；
[0022]3)本专利技术设计高程递增的多台阶靶板安置方法，扩展激光大视场成像中竖向视场范围，解决激光成像竖向方向视场覆盖不足问题；
[0023]4)本专利技术设计了不同垂向倾角、不同观测方向夹角的靶板安置方法构建多法向平面检校基准，模拟了复杂月表环境对激光三维成像质量的影响，解决多波束激光成像视场内系统误差不一致性问题；
[0024]5)本专利技术基于多强制对中器的多法向大平面高精度控制网，利用二维云台设定不同激光系统的不同观测角度，在距靶板区约100米开展激光器三维成像质量检校。
附图说明
[0025]图1为实施例中的宽视场多法向大平面激光三维成像质量检校场示意图；
[0026]图2为本专利技术的基于宽视场多法向大平面的激光三维成像质量检校方法。
具体实施方式
[0027]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，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0028]本实施例采用多个激光探测单元的多波束激光三维成像敏感器，宽视场多法向大平面激光三维成像质量检校场呈四层阶梯状，共安置19块不同法向的靶板基准面，用于激光三维成像质量误差检校，如图1所示。
[0029]按照设计的检校方案，利用高精度全站仪获取19块靶板平面控制参数，并进行待检校激光器三维成像获取点云数据；对激光三维成像质量误差进行检校，评价成像质量精
度，可实现宽视场多法向大平面检校靶板三维形状的精确测量。
[0030]下面对本专利技术的实施例进行详细介绍。
[0031]1、大平面高平整度检校靶板基准面设计
[0032]检校靶板基准面平整度是激光三维成像质量检校的关键技术，针对月球软着陆精障碍探测场景中激光快速成像的稀疏点云问题，本专利技术设计大平面检校靶板。检校靶板高4米、宽2米，保证激光所有波束全部成像于靶板平面；对于单个靶板，设计了多个靶板面调整器，保证靶板平面的平整度拟合精度长期优于2mm。具体设计方案如下：
[0033]1.1设计方格结构的钢框架，利用大尺寸、高厚度方钢铁管焊接龙骨框架，并用方钢铁管制作框架斜支撑，保证靶板支撑结构的整体稳定性；龙骨框架分为多个小单元，设计多的钢板面与框架单元支撑点，保证靶板平面与龙骨框架稳固连接；
[0034]1.2基于龙骨框架单元分割点，设计多个钢板面连接点调节器，用于靶板平面局部平整度调整；根据《建筑结构荷载规范》(GB5009
‑
2001)，结合检校场安置环境(粗糙度B类、风压高度变化系数1.0、体型系数2.0、阵风系数2.25、地区50年一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大平面激光三维成像质量检校场，其特征在于，该质量检校场包括多个用于获取激光波束成像的大平面高平整度检校靶板，并按给定布置方案进行布设；每个所述检校靶板包括多个用于调整局部平整度的靶板面调节器。2.根据权利要求1所述的一种大平面激光三维成像质量检校场，其特征在于，所述检校靶板通过钢框架支撑，该钢框架为方钢铁管焊接的龙骨框架。3.根据权利要求2所述的一种大平面激光三维成像质量检校场，其特征在于，所述龙骨框架包括多个小框架单元，所述检校靶板利用多个钢板面和小框架单元支撑点与龙骨框架固定连接。4.根据权利要求3所述的一种大平面激光三维成像质量检校场，其特征在于，所述靶板面调节器置于龙骨框架的小框架单元分割点处。5.根据权利要求3所述的一种大平面激光三维成像质量检校场，其特征在于，所述龙骨框架采用方钢铁管作为斜支撑。6.根据权利要求1所述的一种大平面激光三维成像质量检校场，其特征在于，所述检校靶板的基准面涂有用于模拟月壤反射率的检校靶板图层。7.根据权利要求1所述的一种大平面激光三维成像质量检校场，其特征在于，所述检校靶板的布置方案包括：在垂直激光成像方向，设计不同的成像距离，提升激光成像视场深度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：童小华，谢欢，刘世杰，许雄，魏超，金雁敏，柳思聪，王超，陈鹏，冯永玖，叶真，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：