[发明专利]消除高重频机载激光雷达系统的测距歧义的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种消除高重频机载LiDAR(Light Detection And Ranging，激光雷达系统)的测距歧义的方法和装置。

背景技术

机载LiDAR系统是一种通过主动传感器发射激光脉冲，并探测返回激光脉冲信号来测定传感器与目标物之间距离及目标物反射特性的遥感技术。机载LiDAR系统以一定的PRR(Pulse Repetition Rate，脉冲重频)向地面发射激光脉冲，LiDAR重频越高，对地物的空间采样率越高，从而表现出更好的三维结构描述能力。

机载LiDAR系统运行时发射激光脉冲信号，并接收地物反射形成的回波，实时将全部回波信号采样和数字化，并将回波信号按照GPS(Global Positioning System，全球定位系统)时间顺序序列化记录存储，这种设计方式称为同步收发机制。在同步收发机制下，假定激光雷达工作时AGL(Above Ground Level，飞行高度)＝h

激光雷达脉冲重频

PRR＝f

激光脉冲群速度为v，扫描视场角为θ，则脉冲打击地表返回接收机的最长时间为

t＝2h/v·cos(θ/2)

则当t＜1/f，即f＜v·cos(θ/2)/2h时，一次激光脉冲会在前一次激光脉冲返回到达后再发出。如h＝1500m，v≈3×10⁸m/s，θ＝60°，f_max≈87KHz，当激光雷达重频小于f_max时，一次激光测距的脉冲发射时间和信号返回时间构成的PRI(Pulse Repetition IntervaI，脉冲重复间隔)并不与下一次PRI发生时间重叠。

随着机载LiDAR硬件技术的发展，激光发射重频提高到f_max以上，激光测距将出现歧义现象：即前一次发射脉冲造成的回波信号的返回时刻滞后于后一次发射脉冲发射时刻，从而无法判断该回波信号由哪一个发射脉冲造成，这种带有歧义的测距结果称为模糊距离，即出现了测距歧义。

目前，现有的消除测距歧义的方法都需在硬件系统进行适应性的改造或增加特殊硬件模块，从而增加系统成本。因此，如何开发出一种适用、经济的消除高重频机载LiDAR系统的测距歧义的方法是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种消除高重频机载LiDAR的测距歧义的方法和装置，以实现获取正确测距的每个原始激光脉冲信号对应的回波信号。

一种消除高重频机载激光雷达系统的测距歧义的方法，包括：

利用机载LiDAR系统的原始脉冲数据，选取所述机载LiDAR系统的测区对应时间范围的POS数据子集和对应空间范围的DEM数据子集；

统计得到所述POS数据子集的最大和最小高程、所述DEM数据子集的最大和最小高程，设置所述DEM数据子集的距离误差限因子，计算所述测区内激光脉冲传播的初始距离区间和地物空间分布的上下容忍度阈值；

遍历所述机载LiDAR系统发射的原始激光脉冲信号，按照设定的测距歧义算法利用所述POS数据子集的最大最小高程、所述DEM数据子集最大最小高程，所述距离误差限因子、所述初始距离区间和所述上下容忍度阈值，对每个原始激光脉冲信号进行测距歧义解算，获取正确测距的每个原始激光脉冲信号对应的回波信号；

对所述机载LiDAR系统的正确测距的所有原始激光脉冲信号和每个原始激光脉冲信号对应的回波信号进行重排序，生成所述机载LiDAR系统的正确测距的测量数据集。

所述的利用机载LiDAR系统的原始脉冲数据，选取所述机载LiDAR系统的测区对应时间范围的POS数据子集和对应空间范围的DEM数据子集，包括：

以航线为单位获取机载LiDAR系统的原始脉冲数据采集的起始和结束GPS时刻，根据所述起始和结束GPS时刻截取相同时间范围内机载LiDAR系统的POS数据子集，根据所述POS数据子集获取航线POS数据坐标的东、南、西、北四个方向的最大边界，利用上述四个方向的最大边界组成的拓展范围截取所述机载LiDAR系统的测区的已有DEM数据子集。

所述的统计得到所述POS数据子集的最大最小高程、所述DEM数据子集的最大最小高程，设置所述DEM数据子集的距离误差限因子，计算所述测区内激光脉冲传播的初始距离区间和地物空间分布的上下容忍度阈值，包括：