[发明专利]月球车高速三维激光成像雷达系统以及成像方法

权利要求书

1.一种月球车高速三维激光成像雷达系统，该系统包括：点结构光激光测距仪，扫描双驱动无刷伺服电机系统及一个激光反射棱镜；其特征在于：

所述的双驱动无刷伺服电机，为两个前端输出轴所在轴线方向呈90度安装的垂直电机和水平电机，且需严格保证两电机输出轴所在轴线与激光射线相交于棱镜反射斜面中心；其中，一个垂直电机控制棱镜在与其输出轴垂直的平面上绕轴线方向连续自旋，另一个水平电机则采用步进的方式控制该平面在垂直方向上的一定范围内俯仰转动；

所述垂直电机和水平电机的前端，分别设有与其同轴安装的光电码盘和编码器；与激光测距仪配套的高速采集接口，获得的距离与棱镜滚动和俯仰角度的采样数据为同步数据；

所述的采样数据，对其进行野值剔除、空间极坐标系到笛卡尔坐标系的坐标变换，最后建立扫描场景的三维点云模型；

所述的坐标变换公式为：

其中，d为激光测距仪距离读数，d₀为激光发射处到棱镜反射斜面中心的距离，I为3×3单位阵，n为棱镜反射面的单位法向量，p为入射光线的单位向量，h为棱镜反射斜面中心到参考平面的距离。

2.根据权利要求1所述的月球车高速三维激光成像雷达系统，其特征在于：所述的电机选用直流无刷电机，其中水平电机设有减速箱。

3.根据权利要求1或2所述的月球车高速三维激光成像雷达系统，其特征在于：所述的水平电机通过联轴器带动垂直电机、光电码盘和编码器、激光反射棱镜及相关连接机械部件，在垂直方向上步进运动以改变扫描平面，控制激光测距仪的射线进行多线扫描。

4.根据权利要求1或2所述的月球车高速三维激光成像雷达系统，其特征在于：所述的光学码盘开有数个孔，这些孔一方面用以读取角度，另一方面提供扫描角度范围、两电机间协调工作的控制信号，与激光测距仪高速采集接口配合， 保证距离和角度的同步。

5.一种月球车高速三维激光成像的方法，其特征在于：包括以下步骤：

启动水平电机运动至初始扫描位置后停止工作，并将其工作模式设置为步进模式；

启动垂直电机，此时棱镜开始连续旋转，水平电机则在编码器输出信号控制下按步进模式工作；

激光测距仪采集接口在编码器输出信号控制下开始采集数据，并将其存入计算机内存；

校准距离采样数据；

判断采样点个数是否达到设置量；

如是，垂直电机停止工作，水平电机随即停止步进，两电机复位；

如否，回到激光测距仪采集接口在编码器输出信号控制下采集数据步骤；

生成采样数据文件；

剔除野值并进行坐标变换；

生成三维点云模型。