一種基于多元線陣激光雷達的模擬月表地形的識別方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬月表地形的識別方法，尤其是涉及一種基于多元線陣激光雷達的模擬月表地形的識別方法。
【背景技術】
[0002]在探月工程中，月球地形環(huán)境中月石、月坑等對月球著陸器的安全軟著陸有重要影響。月球與地球距離遙遠，對著陸器進行遙控避障不現實。著陸器的動力能源非常的寶貴，要求著陸器具有在短時間內快速獲取著陸區(qū)域地形，自動識別危險地形、地物，快速調整方位，從而選擇最佳的安全著陸區(qū)域，即著陸器具有自主導航、危險檢測與快速自動避障的能力。
[0003]多元線陣探測成像激光雷達是一種基于雙振鏡的多元并掃成像激光雷達，可以實現目標場景的較大覆蓋和快速掃描。本方法中涉及的激光雷達在10m距離處激光光斑直徑為10cm。激光器發(fā)射的脈沖激光經過光柵分束器分束成16束激光，采用多元陣列探測器并行接收，經處理后得到測距信息。光路前端采用雙振鏡實現二維視場掃描，獲取光束的水平角和豎直角，在雙振鏡的快速擺掃配合下，多元線陣探測成像激光雷達最快能在0.25s時間內實現30° X30°全視場掃描，為快速獲取目標場景三維數據提供了保障。
[0004]多元線陣探測成像激光雷達采用主動探測、多激光單元并掃的方式，能快速獲取著陸區(qū)域高分辨率的三維數據，并且不受任何的光照條件影響。在地面模擬不同大小的月石、月坑及其組合成的地形特征，并且對模擬的月坑月石等危險物進行快速判別和提取，可為著陸器的快速避障和安全著陸，提供可靠的技術保障。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種識別準確、快速、條件限制少、方法簡單、模擬準確的基于多元線陣激光雷達的模擬月表地形的識別方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]一種基于多元線陣激光雷達的模擬月表地形的識別方法，用于識別地面模擬月球表面的月坑和月石，包括以下步驟:
[0008]I)通過月表地形模擬單元在地表構建模擬月表地形；
[0009]2)通過多元線陣激光雷達高空掃描獲取模擬月表地形的原始點云數據；
[0010]3)通過多元線陣激光雷達的地面檢校參數，校正原始點云數據的系統誤差，并通過多元線陣激光雷達外方位數據將校正后的原始點云數據變換為正視點云數據；
[0011]4)采用最小二乘隨機抽取一致性平面擬合法將正視點云數據進行平面擬合，獲取平面的參數模型，建立擬合平面方程；
[0012]5)計算正視點云數據與擬合平面的距離差值，根據設定的月石高度或月坑深度的閾值條件，識別出月石或月坑。
[0013]所述的步驟I)中的月表地形模擬單元包括月石模擬單元和月坑模擬單元。
[0014]所述的步驟3)中的多元線陣激光雷達外方位數據包括多元線陣激光雷達獲取點云時的姿態(tài)和位置數據。
[0015]所述的步驟4)中最小二乘隨機抽取一致性平面擬合法具體包括以下步驟:
[0016]41)在點云中任意選取3個點，并判斷其是否共線，若是，則返回步驟41)，若否，則計算出其對應的平面ax+by+cz = d ；
[0017]42)計算點云中的點i到該平面的距離屯，(Ii= IaxJbyJcz1-ClI ；
[0018]43)選取閾值t，并統計點云中有效數據的個數M ;
[0019]44)重復步驟41)-43)找出含有最多有效數據的個數M的平面；
[0020]45)采用最小二乘法對含有最多有效數據點的平面重新進行估計，獲得擬合平面模型參數。
[0021]所述的步驟43)具體包括以下步驟:
[0022]選取閾值t，判斷點i到該平面的距離屯是否大于t，若是，則為無效數據，若否，則為有效數據，并計數。
[0023]所述的閾值t根據工程設計中對地形變化容差來設定，選取原則為:
[0024]大小適度，既不放棄應該選擇的有效點，也不將異常點或誤差點誤判為有效點。
[0025]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0026]—、識別準確、快速:本方法通過多元線陣激光雷達獲取模擬月表地形的準確三維點云數據，并且通過最小二乘隨機抽取一致性平面擬合法擬合出最符合要求的平面進行識別，識別結果準確，耗時短，精度高。
[0027]二、條件限制少:利用多元線陣激光雷達獲取月表地形數據，不受光照條件限制，可以在任何時間完成危險月表地形的掃描和判別。
[0028]三、方法簡單:最小二乘隨機抽取一致性平面擬合法根據設定的閾值來進行平面擬合，所選的閾值t根據工程設計中對地形變化容差的設定，選取適合提取危險月石月坑月石的t值，不需要迭代設定t值，方便易行。
[0029]四、模擬準確:根據先驗性的月表地形知識，建立出了詳細的月表地形，為后續(xù)的掃描識別提供了準確的數據。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0031]圖2為三維激光雷達點云圖。
[0032]圖3為處理后的模擬月石月坑點云圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0034]實施例:
[0035]如圖1所示，一種基于多元線陣激光雷達的模擬月表地形的識別方法，用于識別地面模擬月球表面的月坑和月石，包括以下步驟:
[0036]I)通過月表地形模擬單元包括月石模擬單元和月坑模擬單元，并在地表構建模擬月表地形；
[0037]2)通過多元線陣激光雷達高空掃描獲取模擬月球表面地形的原始點云數據；
[0038]3)通過多元線陣激光雷達的地面檢校參數，校正原始點云數據的系統誤差，并通過多元線陣激光雷達外方位數據將校正后的原始點云數據變換為正視點云數據，外方位數據包括多元線陣激光雷達獲取點云時的姿態(tài)和位置數據；
[0039]4)采用最小二乘隨機抽取一致性平