Литература

Лазерная локация земли и леса

2.4. Методы выполнения развертки

Основные схемы выполнения развертки, используемые в современных лазерных локаторах, изображены на рисунке 21.

Как уже неоднократно было отмечено выше, пока используются только механические методы развертки.     

В качестве основного оптического элемента развертки используются:

  1. качающееся зеркало;
  2. вращающаяся призма;
  3. оптический клин.

Оптическая схема развертки и характерные рисунки распределения лазерных точек по поверхности сцены также представлены на рисунке 21.

pic_21.png
Рисунок 21. Основные схемы организации развертки в современных лидарах

Рассмотрим достоинства и недостатки указанных методов организации развертки. Для этого выделим несколько критериев, по которым будем оценивать эти достоинства и недостатки. А именно:

  1. простота технической реализации; 
  2. возможность настройки (программирования) режимов сканирования; 
  3. обеспечение максимальной равномерности распределения лазерных точек по поверхности сцены; 
  4. другие.

Что касается простоты технической реализации, то все рассматриваемые схемы сканирования не представляют никаких проблем по этой позиции. Везде используется единственный движущийся оптический элемент, который в первом случае совершает колебания, а во втором и третьем вращается с постоянной угловой скоростью. Это обстоятельство облегчает юстировку и в значите-льной степени способствует стабильности и надежности работы оптической системы.

Наибольшие возможности по части гибкости и возможности программирования режимов сканирования обеспечивает схема с качающимся зеркалом. При использовании такой схемы имеется возможность регулировать все три главных параметра, характеризующих воздушную лазерно-локационную съемку – ширина полосы захвата S(регулируется значением амплитуды колебаний), частота сканирования f, т.е. количество линий сканирования в секунду (регулируется значением частоты колебаний). Третий важнейший параметр лазерноло-кационной съемки – плотность сканирования d, т.е. количество лазерных точек на единицу поверхности однозначно определяется по значениям Sи f. Схемы развертки с использованием призмы и оптического клина без применения дополнительных элементов регулируют ширину полосы захвата, что на практике оказывается существенным недостатком.

Дополнительным преимуществом схемы развертки с использованием качающегося зеркала является возможность динамического управления параметрами развертки в процессе выполнения аэросъемочных работ. Благодаря этой возможности удается, например в лидарах типа ALTM, реализовать режим компенсации бокового крена, которой гарантирует покрытие заданной полосы съемки, что в значительной степени облегчает пилотирование.

Следует также отметить, что в случае использования качающегося зеркала за счет изменения закона колебаний можно получить различные траектории сканирования, как, например синусоидальную, или пилообразную, такую, как изображена на рисунке 21.

Наибольшая равномерность распределения лазерных точек по поверхности сцены обеспечивается при использовании призмы в качестве сканирующего элемента. В этом случае рисунок сканирования состоит из набора прямых линий, параллельных друг другу. Легко показать, что при заданной скорости движения носителя V, высоте съемки H, и ширине полосы захвата S можно подобрать такое значение частоты сканирования f, что будет обеспечено равенство продольного и поперечного расстояния между соседними лазерными точками.

Развертка с использованием оптического клина также не отличается особой гибкостью. Кроме того, при использовании этого метода наблюдается наибольшая неравномерность распределения лазерных точек, причем минимальная плотность приходится как раз на середину полосы захвата, т.е. на ту область, которая и представляет наибольший интерес. Однако сканирование с использованием оптического клина имеет одно важное преимущество. При реализации этого метода каждый участок полосы съемки сканируется дважды – при подлете и при отлете от этого участка. Такая особенность, во-первых, позволяет получать отклики от вертикально расположенных объектов, таких, как стены здания, стволы деревьев или опоры ЛЭП, а, во-вторых, создает исключительно благоприятные условия для самокалибровки лидара.

Возможность получения откликов от вертикально расположенных объектов имеется и при реализации других схем сканирования. Так, в лидарах типа ALTM, использующих метод качающегося зеркала, предусмотрена возможность установки сканерного блока в наклонное положение до 30° от надира. Такое по-ложение используется наиболее часто при съемке ЛЭП.

Также следует упомянуть о волоконно-оптическом методе развертки, предлагаемым компанией TopoSys.