[发明专利]一种集成非扫描激光雷达的航空摄影测量系统及方法

权利要求书

1.一种集成非扫描激光雷达的航空摄影测量系统，其特征在于，包括非扫描激光雷达、CCD数码相机、POS模块、控制存储模块、第一指令传输线缆、第二指令传输线缆、第三指令传输线缆、第一数据传输线缆、第二数据传输线缆和第三数据传输线缆；

所述POS模块包括差分GPS模块和惯性测量单元，所述非扫描激光雷达包括发射系统和接收系统；

所述控制存储模块通过第一指令传输线缆将指令信号传输给POS模块，所述差分GPS模块通过第二指令传输线缆将同步时钟信号传输给非扫描激光雷达，所述差分GPS模块通过第三指令传输线缆将同步时钟信号传输给CCD数码相机，所述差分GPS模块通过第一数据传输线缆将所述CCD数码相机与非扫描激光雷达的位置数据传输给控制存储模块，所述惯性测量单元通过第一数据传输线将所述CCD数码相机与非扫描激光雷达的姿态角数据传输给控制存储模块，所述CCD数码相机通过第二数据线缆将航摄像片数据传输给控制存储模块，所述接收系统通过第三数据传输线缆将地面采样点的距离数据传输给控制存储模块；

还包括搭载平台，所述CCD数码相机和非扫描激光雷达均刚性固联在搭载平台上，所述差分GPS模块包括位置坐标已知的GPS基准站和GPS移动站，所述GPS移动站位于搭载平台上；

所述惯性测量单元包括用于感测搭载平台加速度和角速度的加速度计和陀螺，所述加速度计和陀螺均位于搭载平台上；

所述指令传输线缆和数据传输线缆均位于搭载平台上,所述指令传输线缆包括第一指令传输线缆、第二指令传输线缆和第三指令传输线缆，所述数据传输线缆包括第一数据传输线缆、第二数据传输线缆和第三数据传输线缆

所述发射系统包括微芯片脉冲激光器、激光准直扩束模块、衍射分光模块、分光镜和发射透镜；

所述接收系统包括接收透镜、定焦镜头、分束镜、窄带滤波器、工作在盖革模式的APD焦平面阵列和计时控制电路，所述计时控制电路集成在APD焦平面阵列上；

由微芯片脉冲激光器产生的1064nm脉冲激光经过衍射分光照射到地面数个采样点上，反射后的可见光及1064nm脉冲激光经过定焦镜头和分束镜后一路经过窄带滤波器滤除可见光谱后，仅有1064nm激光束到达非扫描激光雷达APD焦平面阵列上，通过与APD焦平面阵列集成的计时控制电路可测出光束达到时间，结合POS模块采集的位姿测量数据，可求解出各子光束所对应地面点的三维坐标，作为后续航摄处理的像片控制点；另一路进入可感应红外光谱的CCD阵列成像得到航摄像片，通过滤除航摄像片中的可见光，仅保留波长为1064nm的光谱信息，正确标示出像控点在像片中的位置；接下来，根据像片反映的测绘区实际地貌，筛选出测量结果有效的像控点用于后续测图，当有效像控点较多时，直接进行空三加密及定向；当有效控制点较少时，将POS模块提供的传感器定向数据与非扫描激光雷达提供的地面控制点信息联合平差，以实现高精度航摄成图。

2.根据权利要求1所述的集成非扫描激光雷达的航空摄影测量系统，其特征在于，所述APD焦平面阵列像素数大于等于3×3。

3.一种基于权利1所述集成非扫描激光雷达的航空摄影测量系统的航空摄影测量方法，其特征在于包括以下步骤：

a、控制存储模块向定位定向POS模块发送系统启动指令，POS模块中差分GPS系统接收该指令后，向非扫描激光雷达和CCD数码相机发送同步时钟信号，使各模块同步启动；

b、非扫描激光雷达的发射系统产生脉冲激光，经过衍射分光得到特定数量的子光束，所述子光束照射视场中N×N采样点，接收系统中的APD焦平面阵列接收地面发射的回波光束，并由计时控制电路通过时间测量各子光束照射的地面N×N个采样点的距离数据；同时CCD数码相机对同一视场摄影获得航摄像片得到地面影像数据；差分GPS系统和惯性测量单元IMU采集此时搭载平台的位置和姿态角数据；

c、控制存储模块存储非扫描激光雷达获取的地面N×N采样点距离数据、CCD数码相机获取的地面影像数据以及POS模块采集的工作期间搭载平台的位置和姿态角测量数据；

d、利用非扫描雷达采集的地面N×N采样点距离数据，并结合POS模块采集的搭载平台的位置和姿态角测量数据，根据几何原理解算出地面各激光采样点的大地三维坐标，作为后续航摄内业处理的地面控制点；

e、根据地面控制点，对影像数据进行航摄成图处理，生成航摄产品。

4.根据权利要求3所述的集成非扫描激光雷达的航空摄影测量系统的航空摄影测量方法，其特征在于，所述步骤e具体为：当有效像片地面控制点较多时，直接进行空三加密及像片纠正；当有效像片地面控制点较少时，基于ISO方法将POS模块提供的传感器定向数据与非扫描激光雷达提供的地面控制点信息联合平差，实现高精度航摄成图。