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立木树干移动探测算法误差补偿研究
摘要
当前,障碍药带精准对靶施药技术的最首要的问题:如何自动准确的获得树木树干的位置、轮廓等特征信息,这个问题也是制约其实现的瓶颈所在。
激光测距为非接触式测量,利用了激光的反射性原理。采用LMS511激光扫描仪(2D型的激光扫描仪),采集树干的轮廓信息。利用最小二乘法得到KASA算法、MLS算法、AI算法三种定位识别算法,利用VC++将这三种算法编成程序,LMS511激光扫描仪测得数据分别采用KASA算法、MLS算法、AI算法,对树干进行定位识别。记录下三种算法测得的数据,对三种算法测得的数据与人工测量数据进行对比,分析这些算法所测得数据的误差变化规律,对三种算法的误差精度进行对比。从而选定最合适的定位识别算法,以实现立木树干的精准、自动、快速识别,从而为精准是要提供信息。
关键词:激光测距,LMS511,激光扫描仪,定位识别算法,误差分析
1绪论
、原理及其优点
激光测距机是指利用射向目标的激光脉冲或连续波激光束测量目标距离的一种距离测量仪。利用激光脉冲的称为脉冲激光测距机,利用连续波激光束的称为连续波激光测距机。激光测距是光波测距中的一种测距方式,如果光以速度在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为,则A、B两点间距离可用下列表示。
式中:---表示测站点A、B两点间的距离;
---表示光在大气中的传播速度;
---表示光在站点A、B之间的往返时间。
激光接收机由接收光学系统、光电探测器和放大器、接收电路和计数显示器组成,其作用是接收从目标漫反射回来的激光脉冲回波并计算和显示目标距离。激光电源由高压电源和低压电源组成,其作用是提供电能。激光测距机的工作原理是利用脉冲激光器向目标发射单次激光脉冲或激光脉冲串,计数器测量激光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的往返时间,由此运算目标的距离。其工作过程是:首先瞄准目标,然后接通激光电源,起动激光器,通过发射光学系统,向瞄准的目标发射激光脉冲信号。同时,采样器采集发射信号,作为计数器开门的脉冲信号,起动计数器,钟频振荡器向计数器有效地输入钟频脉冲,由目标反射回来的激光回波经过大气传输,进入接收光学系统,作用在光电探测器上,转变为电脉冲信号,经过放大器放大,进入计数器,作为计算器的关门信号,计数器停止计数。计数器从开门到关门期间,所进入的钟频脉冲个数,经过运算得到目标距离,在显示器上显示出来[1]。
由于激光器与普通光源有显著的区别,它利用受激发射原理和激光腔的滤波效应,使得所发光束具有一系列特点:激光有小的光束发散角,即所谓的方向性好或准直性好;激光的单***好,或者说相干性好,普通灯源或太阳光都是非相干光;激光的输出功率虽然有限度,但光束细,所以功率密度很高,一般的激光亮度远比太阳表面的亮度大。因而采用激光器做光源的测距仪也就有一些优于其他测距仪的特点。
高精度是激光测距最大的一个优点,激光测距的误差仅仅取决于仪器的精度,与实际操作者的操作和被测距离都无关。通常,战术激光测距仪的误差一般再5m以内,科学实验用到的测距仪精度更高,例如,由于在月球上安放有角反射器(合作目标),最好的测距距离是 384401km,误差仅为10cm,而将激光测距应用在卫星的精密测轨上,精度可以达到lcm。在日本,将测距设备用于预防地震的长距离监测系统,全程84km,误差小于lmm[2]。
小型化重量轻是测距设备的一个重要特点。在军事装备上的激光测距仪,体积小巧,只有普通手机那么大,重量只有 10kg, 而最小测距仪的重量仅有 [3]。激光由于其具有很好的方向性和干涉性,所以激光的散射角很小,一般可达到
1/20mrad,因此,在实际的应用中,激光不需要很大的天线,只要直径为 的天线即可发射出小发散角的激光光束,而想要让微波也能发射出同样发散角的光束,只需天线的直径达到305m 以上即可。
,抗干扰能力强
要求一定的分辨率和具备足够的抗干扰能力是设备必须达到的技术指标,激光所具有的的窄光束和短脉冲宽度的特点,不但大大提高了微波的横纵双向的目标分辨率,而且还使得其不会受到电磁波和地波的干扰。例如,在导弹的初始阶段,微波测距由于受到地波的严重干扰,使其不能得到应用,而激光却能在此发挥良好的作用。在微波雷达中结合激光测距仪进行应用,可以充分发挥激光波速窄的特点,能有效的弥补微波雷达低仰角工作时受地面干扰的不足。而如果将激光测距与光学经纬仪、红外及电视跟踪系统相结合,组合而成光电跟踪测量系统,不但