三维激光扫描系统开发及其行星软着陆地形建模应用

摘要

随着激光技术的发展与成熟，以激光测距技术为代表的激光测量方式已经深入到各个工程领域中。目前三维模型的建立是激光测量应用的热点，本文以深空探测的行星软着陆任务为背景，开发3D激光扫描系统，并对该系统在行星软着陆地形建模和着陆点选择中的应用进行深入研究。
　　本文的主要研究内容分为硬件开发和算法研究两大部分，硬件开发部分是建立脉冲式3D激光扫描系统，算法研究部分主要是基于激光扫描的行星软着陆地形建模研究和基于地形高程图的着陆点选择方法研究。
　　首先，通过对3D激光扫描系统工作原理的分析，选择脉冲激光器作为激光发生装置，搭建从一维激光束到二维线阵扫描、再到三维面阵扫描的运动平台，同时规范数据格式与通信接口，为系统在实际中的应用提供硬件基础和数据来源。
　　其次，利用激光扫描系统对行星地形模拟沙盘进行扫描，获取激光扫描系统的原始数据，运用坐标转换、滤波去噪、基准面拟合和数据点内插等数据处理方式建立地形的数字高程图。
　　最后，在建立的地形数字高程图的基础上，通过对高程图中地形坡度和粗糙度信息的利用，建立候选着陆点的判断准则，筛选得到候选着陆区。引入基于模糊规则推理的评估方法来判断候选着陆区域的安全性，从而寻找到满足着陆器降落条件的着陆点。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 3D激光扫描系统方案设计与开发

2.1 引言

2.2 3D激光扫描系统工作原理与系统方案

2.3 3D激光扫描系统运动平台开发

2.4 3D激光扫描系统通信接口与数据处理

2.5 本章小结

第3章 基于3D激光扫描的行星软着陆地形建模

3.1 引言

3.2 坐标系定义及坐标转换

3.3 三维点云滤波去噪

3.4 点云基准面的确定方法

3.5 三维地形模型的建立

3.6 仿真实验与分析

3.7 本章小结

第4章 基于高程数据的地形评估与着陆点选择

4.1 引言

4.2 地形评估与着陆点选择方案

4.3 基于模糊规则的着陆点安全性评估

4.4 着陆点的搜索与选择

4.5 仿真实验与分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他研究成果

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