机载扫描激光测距地面分辨力分析

　　1引言

　　机载扫描激光测距的目的是获取地面被激光照射处到飞机的距离，为机载地面测绘获取地面的三维信息提供数据源，显然，其地面采样点的密集程度直接影响到地面测绘的性能也就是说，地面测绘对扫描激光测距的地面分辨力有着较高的要求。地面分辨力有水平分辨力和垂直分辨力两种。垂直分辨力表现为对地面高低目标的分辨能力，这在以测距为主要目的的系统中不作太多要求，而水平分辨力表现为对地面水平目标的分辨能力，是一个很重要的性能指标。它与诸多因素有关，因而需要对水平分辨力的有关特性和对它有影响的因素进行分析，为机载扫描激光测距系统的实现及其性能的研究与改进提供理论依据。

　　2机载扫描激光测距地面采样点分布轨迹

　　机载扫描激光测距以飞机作为工作平台，以脉冲激光作为技术手段，以激光波束扫描的工作方式测量飞机到地面上激光照射点的斜距。在区域扫描测量时，由飞机的飞行获得沿飞行航线的纵向扫描，由机载扫描装置获得横向扫描，横纵向扫描所得到的地面上按一定规律分布的采样点组成了扫描测距采样点集。每一点给出一个斜距数据，作为地面测绘三维信息获取的高程数据源。

　　激光束进行扫描时，激光束在地面上照射的光斑(亦即地面采样点)的分布规律取决于扫描光学结构，而又直接影响着扫描测距的分辨力等性能。一般来说，采样点分布规律以一个横向扫描行内采样点所组成的轨迹来表征。扫描轨迹有直线形和圆弧形两种，所谓直线形的扫描轨迹就是每一个扫描行内地面采样点的连线，即一条直线，圆弧形扫描就是扫描行内地面采样点的连线，即一个圆弧。理想情况下两种采样点的扫描轨迹如图1所示，下面将针对常用的直线形扫描轨迹分析其地面采样点分辨力特征。

　　3地面水平分辨力特性及其变化规律

　　当工作平台高度为H，扫描视场范围内瞬时视场光轴与地面成一个倾角 Φ时，激光束的照射光斑在地面成椭圆形，其长短轴与天底方向的位置关系如图2所示。

　　地面采样点元中心到天底方向(机下点)之间的距离为:

　　等式两边对时间求导可得到扫描时地面像元到机下点间距的时间变化率:

　　在直线形式的扫描时，d Φ/dt = 2二就是扫描角速度，s为扫描转速;在圆弧扫描时，d Φ/dt就是扫描角速度在横向的分量。由此可见，在扫描速度恒定的情况下，地面采样点到机下点之间距离的变化率却是非线性的，反比于扫描角余弦的平方，即扫描行内的采样点的分布是非均匀的，离机下点越远，分布越稀，也就是地面分辨间隔会越大。所以，当以恒定速度扫描，而且以恒定速度记录数据，再以恒定的速度回放时，得到的地面采样点间距会出现失真，出现水平分辨力不一致现象。