[发明专利]多光谱激光雷达系统及其工作方法

说明书

本发明涉及一种多光谱激光雷达系统及其工作方法，该系统包括激光雷达、多光谱相机、组合惯导、机载控制器、电源模块、卫星定位天线和挂载装置，激光雷达用于获取三维空间数据，多光谱相机用于获取不同谱段特征的光谱数据，激光雷达和多光谱相机通过组合惯导集成，组合惯导为激光雷达和多光谱相机同步授时，以保证激光雷达点云数据与多光谱影像数据同步，机载控制器用于将光谱数据融入到三维点云数据中，电源模块为系统供电，卫星定位天线通过馈线连接组合惯导，以实时接收卫星信号并传给组合惯导，组合惯导实时记录多光谱激光雷达系统的位置和姿态。该系统提高了激光雷达对地物的多光谱激光探测能力，进而实现地物的精细分类。

技术领域

本发明属于测绘技术领域，具体涉及一种多光谱激光雷达系统及其工作方法。

背景技术

激光雷达自出现以来，经过了由简单到复杂、由低级到高级的发展过程，其种类不断增加，功能不断完善和发展，应用领域越来越广泛深入，并成为近年来快速发展的一种新型的对地观测技术。在对地观测遥感数据获取过程中，激光雷达通常只以单波长方式工作，为了能更好的利用现有激光雷达技术的对地观测能力，目前国内外的研究主要是融合单波长激光回波信号的强度信息和三维信息进行数据处理，能快速获取地表三维空间信息，同时还得到了单波长回波强度信息。虽然其在三维空间信息获取方面具有突出优点，但在对地物的物性探测分类、状态等方面，受单一波长探测能力限制，难以从根本上改善激光雷达由于单一波长所造成的地物性探测能力上的不足。

目前，随着激光雷达技术瓶颈的突破及成本的不断降低，多线车规级激光雷达（如Velodyne、Robosense等）的应用得到普及，在自动驾驶领域主要用来测量障碍物的距离和形态。高精度单线激光雷达（如Riegl激光雷达产品）在测绘领域应用广泛，有越来越多的国内外厂家将激光雷达布设在无人机、无人船等载体上进行测绘应用。激光雷达系统在地形地貌测绘、电力通道巡检、公路铁路勘察、应急地形测绘等领域的应用表现优异。

单波长激光雷达具备高精度三维空间分辨探测能力，却不具备光谱探测能力，无法对地物物性进行判别。如同被动光学遥感是从全色相机→多光谱相机→高光谱相机的发展趋势一样，激光雷达对地观测技术也将面临从单波长→双波长→多波长的发展趋势。然而，就目前情况，两种及以上不同波长激光回波的激光雷达系统，技术难度大，生产成本高，系统操作复杂，还停留在研发阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多光谱激光雷达系统及其工作方法，该系统提高了激光雷达对地物的多光谱激光探测能力，进而实现地物的精细分类。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多光谱激光雷达系统，包括激光雷达、多光谱相机、组合惯导、机载控制器、电源模块、卫星定位天线和挂载装置，所述激光雷达用于获取三维空间数据，所述多光谱相机用于获取不同谱段特征的光谱数据，所述激光雷达和多光谱相机通过组合惯导集成，所述组合惯导为激光雷达和多光谱相机同步授时，以保证激光雷达点云数据与多光谱影像数据同步，所述机载控制器控制激光雷达、多光谱相机协同工作完成数据采集，并保存组合惯导数据，所述电源模块为系统供电，所述卫星定位天线通过馈线连接组合惯导，以实时接收卫星信号并传给组合惯导，组合惯导实时记录多光谱激光雷达系统的位置和姿态。

进一步地，所述组合惯导主要由惯性传感器和板卡接收机组成，所述卫星定位天线通过馈线连接板卡接收机，以实时接收卫星信号，并传给板卡接收机实时记录卫星定位数据，所述组合惯导实时记录多光谱激光雷达系统的姿态，所述组合惯导通过USB或无线方式进行外部配置以及所存储数据的传输，所述组合惯导通过串口和PPS信号线与激光雷达连接，以为激光雷达提供空间位姿数据和同步时间戳。

进一步地，所述机载控制器通过网络接口与激光雷达通信，以对激光雷达进行参数配置、状态查询与控制以及数据采集，所述机载控制器通过串口与组合惯导通信，以实时存储组合惯导数据。