AT16690U1

AT16690U1 - Verbesserte Laserabtastvorrichtung und Verfahren dazu

Info

Publication number: AT16690U1
Application number: ATGM9004/2016U
Authority: AT
Inventors: Verheggen Chris; Liadsky Joe; Sitar Michael; Hartsell Daryl
Original assignee: Teledyne Digital Imaging Inc
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2020-04-15
Also published as: CN107533127A; CN107533127B; US10795023B2; EP3265841A4; EP3265841A1; WO2016138585A1; US10698110B2; US20180045830A1; US20160259058A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System, das angepasst ist, um topographische Erhöhungen zu messen, wobei das System Folgendes umfasst: · einen Pulslaser (1) zum Erzeugen eines Laserlichtpulses (20); · einen primären Spiegel (5), der dazu angepasst ist, in zumindest einer Achse vor- und zurückzuschwingen, um den Laserlichtpuls (20) in einem Muster zu einem Ziel zu lenken, und ferner angepasst ist, um Reflektionen (22) des Laserlichtpulses (20) von dem Ziel zu empfangen und die Reflektionen (22) des Laserlichtpulses (20) zu einem sekundären Spiegel (13) zu lenken; wobei der sekundäre Spiegel (13) angepasst ist, um die Reflektionen (20) des Laserlichtpulses (20) auf ein Zentrum einer Erfassungsvorrichtung (3) neuzuorientieren, wobei die Erfassungsvorrichtung (3) konfiguriert ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, dass durch einen Empfänger (4) verstärkt wird; einen Zeitintervallmesser (6); und eine Steuerelektronik, die konfiguriert ist, um die topographischen Erhebungen unter Verwendung der Laufzeit zu messen.

Description

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET [0001] Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf Bereitstellen einer verbesserten Vorrichtung und eines verbesserten Verfahrens zur 3D-Messung von Flächentopographie von einer luftgestützten oder landgestützten Plattform aus und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, die den möglichen Datenverlust verhindern, der durch Blindzonen hervorgerufen werden kann, die in bestehenden Lasergeländekartierungssystemen auftreten können.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK [0002] Luftgestützte Lasergeländekartierungssysteme (ALTM systems) verwenden einen Laufzeit-(TOF-)LiDAR, um die Distanz von einem in einem Luftfahrzeug angebrachten System zum Boden unter dem Luftfahrzeug zu messen. Ein Kurzpuls von sichtbarem Licht bzw. Infrarotlicht wird durch eine Lichtquelle emittiert, wie etwa einen Laser, und zu einem Ziel gelenkt. Der Lichtpuls breitet sich zu dem Ziel aus und ein Teil wird reflektiert und bewegt sich zurück zu dem LiDAR-System, wo dieser durch eine optische Hochgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung erfasst wird, wie etwa eine Lawinenphotodiode, die den Lichtpuls in ein elektrisches Signal umwandelt, das dann verstärkt wird. Durch Messen des Zeitintervalls von dem Zeitpunkt, zu dem der Lichtpuls emittiert wurde, bis zu dem, zu dem das Rücksignal empfangen wurde, kann die Distanz unter Verwendung der bekannten genauen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtpulses berechnet werden. Die TOF kann durch ein elektronisches Teilsystem, wie etwa einen Zeitintervallmesser, oder andere Mittel gemessen werden, indem das empfangene Echo digitalisiert und die Wellenform analysiert wird.

[0003] Wenn der Laser ausgelöst wird, besteht ein sehr kurzer Zeitraum, in dem die Erfassungsvorrichtung einiges gestreute Licht erfassen kann. Dies kann durch Reflektionen von optischen Innenkomponenten, einem Fenster an dem Ausgang des Systems oder einem Fenster in dem Luftfahrzeug, durch welches das System betrieben wird, oder Rückstreuung von den ersten Metern Luft unter dem Luftkraftfahrzeug hervorgerufen werden. Wenn das Echo von einem vorangehend emittierten Laserpuls die Erfassungsvorrichtung während dieses kurzen Zeitraums erreicht, ist es nicht von dem gestreuten Lichtpuls unterscheidbar, und wenn das gestreute Licht ein Signal mit einer viel höheren Amplitude als der Rückpuls von dem Ziel erzeugt, überdeckt es das Echo und blendet das System für eine Zeitspanne. Der Puls von dem unerwünschten gestreuten Licht führt zu einer Blindzone, während der das System nicht in der Lage ist, auf das Rücksignal zu reagieren und die TOF zu messen. Folglich können keine Entfernungsdaten berechnet werden und der Laserschuss ist im Wesentlichen verschwendet. Aktuell besteht diese Einschränkung für alle bestehenden luftgestützten Laserkartierungssysteme.

[0004] Für einen ALTM-Betrieb bei einer hohen Pulswiederholfrequenz (PRF) kann die Entfernung zu dem Ziel derart sein, dass die TOF ein Vielfaches des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Auslösungen des Lasers beträgt. Das Auslösen des Lasers, bevor der Rückpuls von dem Ziel empfangen wird, führt zu mehr als einem Puls in der Luft zur gleichen Zeit. Wenn zum Beispiel die Zielentfernung und die Laser-PRF derart sind, dass sich fünf Pulse zur gleichen Zeit in der Luft befinden, könnten fünf Blindzonen vorhanden sein, was die Möglichkeit, dass das Echo überdeckt wird, entscheidend erhöhen würde und die Möglichkeit, eine gültige Entfernungsmessung zu erhalten, verringern würde. Bei hohen Laser-PRFs ist es beinahe unmöglich, die Flughöhe zu planen, um die Auswirkungen von Blindzonen zu minimieren, da sich die TOF mit der Höhe des Luftfahrzeugs über dem Boden, dem Auslenkungswinkel des Scanners, dem Rollen, dem Nicken oder der Flugrichtung des Luftfahrzeugs sowie der Topographie des eigentlichen Geländes ändert.

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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG [0005] Im Allgemeinen beziehen sich die offenbarten Ausführungsformen auf die Herausforderung, mit mehreren Lichtpulsen umzugehen, die gleichzeitig zu und von dem Ziel übertragen werden. Ziel ist es, die Ausgangs- und Eingangspulse davon abzuhalten, zur gleichen Zeit an der Erfassungsvorrichtung einzufallen, was das System „blind“ für eingehende Rückpulse machen würde.

[0006] Dementsprechend beinhalten die offenbarten Ausführungsformen ein System oder eine Vorrichtung und ein oder mehrere Verfahren zum Verhindern der negativen Auswirkungen von Blindzonen und ermöglichen einen Betrieb des Systems bei hohen Laser-PRFs ohne Datenverluste. Folglich haben die offenbarten Ausführungsformen das Potential, bei der vollständigen Laser-PRF gültige Daten zu sammeln.

[0007] Zusätzlich zu Blindzonen, die durch das vorangehend beschriebene unerwünschte gestreute Licht erzeugt werden, können Blindzonen unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen auch herbeigeführt werden, wenn das System rückgestreutes Licht von den ersten Metern Luft unter dem Luftfahrzeug erfasst. Zum Beispiel könnte das Rücksignal von feuchter Luft 10 m unter dem Luftfahrzeug ausgehen oder es könnte sich um einen Bodenrückpuls von vor zehn Laserschüssen handeln, der letztendlich bei der Erfassungsvorrichtung ankommt. Somit sind bestimmte hierin offenbarte Ausführungsformen konfiguriert, um die Wahrscheinlichkeit, dass dies auftritt und sich die Blindzone ausweitet, entscheidend zu verringern. Zum Beispiel können bestimmte Ausführungsformen besondere optische Elemente und einen Scanner beinhalten, der die Erfassung von unerwünschten Rückpulsen von den ersten Metern der Atmosphäre verhindert. Ohne die optischen Elemente würde das System durch unerwünschte Signale geblendet. In einer Ausführungsform verringert oder verhindert das offenbarte System Blindzonen, die durch rückgestreutes Licht innerhalb von 20-50 m unter dem Luftfahrzeug hervorgerufen werden.

[0008] Wie weiter beschrieben, werden Vorteile der offenbarten Ausführungsformen in bestimmten Ausführungsformen unter Verwendung einer elektronischen Schaltung erzielt, die das Zeitintervall zwischen dem emittierten Lichtpuls und nachfolgenden optischen Signalen erfasst, die über einem bestimmten Schwellenwert an der Erfassungsvorrichtung einfallen. Diese Signale könnten ein Ergebnis von Folgendem sein: a) dem durch optische Oberflächen rückgestreuten Licht von dem Ausgangslichtpuls, b) dem durch die Atmosphäre nahe dem Luftfahrzeug rückgestreuten Licht von dem Ausgangslichtpuls oder c) einem Rückpuls von dem beabsichtigten Ziel. In bestimmten Situationen werden keine Rückpulse empfangen (z. B. bei zu großer Höhe, zu trüber Atmosphäre, zu niedriger Zielreflektion), wohingegen in anderen Fällen mehrere Rückpulse von einem einzigen Laserpuls empfangen werden können (von einem Draht oder einer Krone eines Baumes oder Ästen darunter oder von dem Boden). Gemäß den offenbarten Ausführungsformen führt jede dieser erfassten Ereignisse zu einer TOF-Messung. In bestimmten Ausführungsformen wird dies durch eine Hardwarelösung erzielt.

[0009] In einer Ausführungsform werden die erfassten Signale in Echtzeit überwacht und wird die resultierte Entfernung zum Boden berechnet. Ausgangssignale von Rückpulsen werden durch einen Algorithmus identifiziert und differenziert. Ein Signal, bei dem es sich um ein Ergebnis der Streuung des Ausgangspulses durch die optischen Innenkomponenten oder durch Fenster handelt, wird mithilfe der Zeit, zu der es erfolgt, als solches identifiziert. Diese Zeit ist synchron zu der Emissionszeit des Laserpulses. Wie nachfolgend beschrieben, prüft ein Algorithmus für jeden Rückpuls, ob die Möglichkeit besteht, dass ein Ausgangs- und Eingangssignal zum gleichen Zeitpunkt an der Erfassungsvorrichtung einfällt; wenn dies eintritt, wird es hierin als Kollision bezeichnet. Die Zeitspanne, in der diese Kollision auftreten kann, wird als eine Blindzone bezeichnet. Wenn prognostiziert wird, dass dies eintreten wird, nimmt das System eine winzig kleine Anpassung an dem Zeitpunkt des Aussendens des nächsten Laserschusses (dem Ausgangssignal) vor (z. B. einen Bruchteil eines Millionstels einer Sekunde), um zu verhindern, dass die Kollision erfolgt, und um somit die Blindzone zu verhindern. Tatsächlich wird das Auslösen des Lasers entweder verzögert oder vorgezogen, sodass der Ausgangslaserpuls in einem Zeitraum angeordnet wird, in dem nicht erwartet wird, dass das Rücksignal an der

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Erfassungsvorrichtung einfällt. Die Ergebnisse werden durchgehend überwacht und gegebenenfalls angepasst. In einer Ausführungsform wird dies mit der Laseraktivierungsrate, bei der es sich um über eine halbe Millionen Schüsse pro Sekunde handeln kann, von Schuss zu Schuss vorgenommen.

[0010] Ein weiterer Vorteil der offenbarten Ausführungsformen beinhaltet eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beibehalten einer konstanten Schwadbreite und Punktverteilung auf dem Boden, unabhängig von der Höhenlage des Luftfahrzeugs oder der Bodenerhebung des Geländes.

[0011] Als eine beispielhafte Ausführungsform kann die offenbarte Vorrichtung einen Prozessor zum Ausführen von computerausführbaren Anweisungen und ein computerlesbares Speichermedium zum Speichern der computerausführbaren Anweisungen beinhalten. Diese Anweisungen ermöglichen es der Vorrichtung bei Ausführung durch den Prozessor, Merkmale durchzuführen, darunter dynamisches Überwachen der Laufzeit (TOF) der durch die Laserscanvorrichtung gesendeten und empfangenden Laserlichtpulse; Bestimmen, ob eine Möglichkeit besteht, dass der Ausgangslaserlichtpuls und ein Eingangssignal innerhalb weniger Nanosekunden voneinander erfasst werden; und Anpassen einer Pulswiederholfrequenz (PRF) als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die mögliche simultane Erfassung (innerhalb weniger Nanosekunden) des Ausgangslaserlichts und Eingangssignals wahrscheinlich eintreten wird. Andere Anweisungen können dynamisches Anpassen der Scannerparameter beinhalten, um eine Punktdichte relativ konstant zu halten, wenn sich zumindest eines von einer Luftfahrzeugflughöhe und einer Bodenerhebung des Geländes während einer Untersuchungsmission ändert, um unter Verwendung einer Laserscanvorrichtung eine konstante Schwadbreite beizubehalten.

[0012] Ein Beispiel für die verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen beinhaltet ein System, das angepasst ist, um auf einer luftgestützten Plattform zur Messung von topographischen Erhebungen angebracht zu werden, wobei das System Folgendes beinhaltet: einen Pulslaser zum Erzeugen eines Lichtpulses; einen primären Spiegel, der dazu angepasst ist, in zumindest einer Achse vor- und zurückzuschwingen, um das Laserlicht in einem Muster zum Boden zu lenken, und ferner angepasst ist, um Reflektionen des Laserlichts von dem Boden zu empfangen und die Reflektionen des Laserlichts zu einem sekundären Spiegel zu lenken, wobei der zweite Spiegel angepasst ist, um das empfangene Laserlicht auf ein Zentrum einer Erfassungsvorrichtung neuzuorientieren und darauf zu halten, wobei die Erfassungsvorrichtung konfiguriert ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das durch einen Empfänger verstärkt wird; einen Zeitintervallmesser, der konfiguriert ist, um die Laufzeit des empfangenen Laserlichts zu bestimmen; und eine Steuerelektronik, die konfiguriert ist, um die Messung von topographischen Erhebungen unter der luftgestützten Plattform unter Verwendung der Laufzeit des empfangenen Laserlichts zu bestimmen. In einer Ausführungsform befindet sich der sekundäre Spiegel zwischen dem primären Spiegel und einem Modul zum erneuten Abbilden.

[0013] Andere Ausführungsformen und Vorteile der offenbarten Systeme und Verfahren werden ferner nachfolgend im Detail beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN [0014] Für ein umfänglicheres Verständnis der hierin bereitgestellten Beschreibung und der Vorteile hiervon wird an dieser Stelle auf die nachfolgenden Kurzbeschreibungen Bezug genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung zu betrachten sind, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen.

[0015] Figur 1	ist ein Blockdiagramm, das ein System gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
[0016] Figur 2 [0017] Figur 3	ist eine schematische Ansicht des Systems im Betrieb. ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, das den Fall veranschaulicht, in dem gemäß der offenbarten Ausführungsformen lediglich ein Puls zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt übertragen wird.

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AT 16 690 U1 2020-04-15 österreichisches patentamt [0018] Figur 4 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, das den Fall veranschaulicht, in dem gemäß der offenbarten Ausführungsformen zwei optische Pulse zur gleichen Zeit übertragen werden.

[0019] Figur 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ändern des Laseraktivierungszeitpunkts veranschaulicht, um mögliche Blindzonen gemäß einer Ausführungsform zu verhindern.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG [0020] Die vorangehend zusammengefasste Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung besser nachvollzogen werden, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden sollte. Diese Beschreibung einer Ausführungsform, die nachfolgend dargelegt ist, um zu ermöglichen, eine Umsetzung der Erfindung herzustellen und zu verwenden, soll die Erfindung nicht einschränken, sondern vielmehr als ein bestimmtes Beispiel davon dienen. Obwohl sich bestimmte hierin beschriebene Ausführungsformen zum Beispiel auf eine luftgestützte Anwendung der Erfindung beziehen, können andere Ausführungsformen der Erfindung bodengestützte Laserscananwendungen unter Verwendung von entweder einer mobilen oder statischen Plattform beinhalten.

[0021] Der Fachmann sollte verstehen, dass das Konzept und die spezifischen Ausführungsformen gemäß der Offenbarung problemlos als Grundlage für Modifikationen oder Gestaltung anderer Verfahren und Systemen zum Erfüllen derselben Zwecke wie die vorliegende Erfindung verwendet werden können. Der Fachmann sollte außerdem verstehen, dass solche äquivalenten Baugruppen nicht von dem Geist und Umfang der Erfindung im weitesten Sinne abweichen.

[0022] Des Weiteren sind die Zeichnungsfiguren in der folgenden Beschreibung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und bestimmte Merkmale können der Klarheit und Prägnanz halber oder zu Informationszwecken in verallgemeinerter oder schematischer Form gezeigt sein und schränken den Umfang der Ansprüche nicht ein.

[0023] Wenngleich hierin spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie außerdem ausschließlich in allgemeinem und beschreibendem Sinne und nicht zum Zwecke der Eingrenzung verwendet. Zum Beispiel soll der Begriff Computer, wie hierin verwendet, die notwendigen elektronischen Komponenten beinhalten, wie unter anderem Speicher- und Verarbeitungskomponenten, die konfiguriert sind, um die Ausführung programmierter Anweisungen zu ermöglichen.

[0024] Wie hierin beschrieben, beinhalten die offenbarten Ausführungsformen eine verbesserte Laserscanvorrichtung und ein verbessertes Laserscanverfahren, die konfiguriert sind, um durch Blindzonen hervorgerufene Datenverluste zu verhindern. Zum Beispiel beinhaltet die Vorrichtung in einer Ausführungsform einen Datenerfassungscomputer oder eine andere Elektronik, die auf Grundlage der TOF-Messung von dem vorherigen Laserschuss oder einer Abfolge von vorherigen Laserschüssen prognostiziert, ob es wahrscheinlich ist, dass das Rücksignal von dem nächsten Laserschuss in eine Blindzone fällt, wenn der Betrieb mit der aktuellen LaserPRF fortgesetzt wird. Wenn die Vorrichtung bestimmt, dass es wahrscheinlich ist, dass das Rücksignal von dem nächsten Laserschuss in eine Blindzone fällt, wenn der Betrieb mit der aktuellen Laser-PRF fortgesetzt wird, ist die Vorrichtung konfiguriert, um den Laseraktivierungszeitpunkt entweder vorzuziehen oder zu verzögern, um sicherzustellen, dass das Rücksignal nicht in die Blindzone fällt. In einigen Ausführungsformen wird der Anpassungsvorgang von Schuss zu Schuss durchgeführt, während die durchschnittliche Datensammlungsrate, die für die Mission geplant war, beibehalten wird.

[0025] In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Laserleistung auf nicht mehr als den Wert zu verringern, der erforderlich ist, um auf der gewählten Flughöhe zuverlässige Entfernungsmessungen zu erhalten, um die Möglichkeit eines rückgestreuten atmosphärischen Ergebnisses zu verringern. Die Vorrichtung ist außerdem konfiguriert, um einen kleinen Spiegel zu steuern, der die Zeigerichtung des Empfängers steuert. Ein Vorteil dieser zusätzli

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AT 16 690 U1 2020-04-15 österreichisches patentamt chen Spiegelkonfiguration und dieses zusätzlichen Steuervorgangs besteht darin, dass das erforderliche Sichtfeld (FOV) des Empfängers verringert wird, während es weiterhin möglich ist, die Erfassung des empfangenen Signals zu optimieren. Zum Beispiel liegt die Scanrate üblicherweise bei ein paar tausend Grad pro Sekunde. Für Fernbereichsziele hat sich der Scannerspiegel zu dem Zeitpunkt, zu dem das Rücksignal empfangen wird, um eine nennenswerte Strecke bewegt. Folglich ist ein größeres Empfänger-FOV als das optimale erforderlich, um eine Erfassung in sowohl geringer Entfernung als auch großer Entfernung zu ermöglichen. Wie hierin offenbart, ist es möglich unter Verwendung eines kleinen Spiegels, der durch einen Computer gesteuert wird, die Empfängerausrichtung in Bezug auf den Sender in Abhängigkeit von der Scanrate und der Entfernung zu dem Ziel anzupassen. Dies ermöglicht ein kleineres optimiertes Empfängersichtfeld.

[0026] Beginnend mit Figur 1 ist ein Blockdiagramm dargestellt, das eine beispielhafte Konfiguration eines topographischen Lidar-Abbildungssystems 100 gemäß den offenbarten Ausführungsformen zeigt. In dieser besonderen Ausführungsform umfasst das System 100 einen Pulslaser 1 mit einem daran befestigten Kollimator zum Erzeugen eines Strahls mit geringer Divergenz. Ein Beispiel eines solche Lasers ist ein Faserlaser, der eine Pulsenergie im zweistelligen Mikrojoulebereich in einem Puls mit einer Breite von 2 Nanosekunden mit einer Pulswiederholfrequenz im dreistelligen KHz-Bereich erzeugen kann und der eine Strahldivergenz von weniger als einem Milliradian aufweist. Der Pulslaser 1 wird extern von einem Impulsgeber 2 ausgelöst und erzeugt einen optischen Kurzpuls 20, der auf einen primären oszillierenden Scannerspiegel 5 gelenkt wird, der durch einen Galvanometerscannermotor 12 angetrieben wird. Ein optischer Scanner, der den primären oszillierenden Scannerspiegel 5, den Galvanometerscannermotor 12 und eine Scannerantriebselektronik 9 umfasst, lenkt den Ausgangssendepuls 20 und den (die) empfangenen Rückpuls(e) 22 gleichzeitig von einem Ziel ab. Es können unterschiedliche Scanmuster verwendet werden (wie etwa ein Sägezahnmuster, ein sinusförmiges Muster usw.), um Beispieldatenpunkte des abgebildeten Geländes zu erhalten.

[0027] Ein kleiner Teil der gesendeten Pulsenergie wird durch das Gelände reflektiert und dann durch den primären oszillierenden Scannerspiegel 5 auf einen außeraxialen Parabolspiegel 11 und auf einen sekundären Scannerspiegel 13 reflektiert, bevor er durch ein Modul zum erneuten Abbilden 15, das Linsen und einen Spektralfilter 14 enthält, und auf eine Erfassungsvorrichtung 3 geleitet wird, die ein elektrisches Signal erzeugt, das durch eine Empfängerelektronik 4 verstärkt wird. Die TOF wird durch einen Zeitintervallmesser 6 gemessen.

[0028] In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das System eine Positionierungs- und Ausrichtungskomponente 7, die eine Positionierung durch ein globales Positionierungssystem (GPS) und inertiale Systeme beinhaltet, die für eine direkte Geo-Referenzierung der Stelle des Laserpunkts in dem Gelände verwendet werden. Ein Steuer- und Datenerfassungscomputer 10 (der eine Elektronik, einen oder mehrere Prozessoren und Speicherkomponenten zum Speichern und Ausführen von Anweisungen und einen nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von durch das System erzeugten Daten beinhaltet) steuert den Betrieb des Systems 100. In einer Ausführungsform sammelt der Steuer- und Datenerfassungscomputer 10 zum Beispiel die gemessenen Daten, wenn der Laser aktiviert wird, welche die TOF, einen Scanwinkel, eine Sensorposition (z. B. einen Längengrad, einen Breitengrad, eine Höhe über einem Ellipsoid usw.) und -ausrichtung (Rollen, Nicken oder Flugrichtung) beinhalten. Der Steuer- und Datenerfassungscomputer 10 ist konfiguriert, um jedes Datenelement mit einem Zeitstempel zu versehen und es in einer Datenspeichereinheit zu speichern, wie unter anderem einer Solid-StateFestplatte. In einer Ausführungsform kann das System 100 eine verdrahtete oder drahtlose externe Schnittstelle beinhalten, wie etwa eine Bedienerschnittstelle 8, die es dem System 100 ermöglicht, mit einer externen Vorrichtung zu kommunizieren. In einer Ausführungsform kann der Steuer- und Datenerfassungscomputer 10 zum Beispiel Programmieranweisungen und/oder andere Daten von einem Laptop zum Einstellen von Systemparametern und einer Überwachungsleistung empfangen. In bestimmten Ausführungsformen kann das System 100 konfiguriert sein, um über ein oder mehrere öffentliche oder private Netzwerke (z. B. das Internet, ein Intranet, ein mobiles Datennetzwerk usw.) zu kommunizieren, um Programmieranweisungen

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AT 16 690 U1 2020-04-15 österreichisches patentamt und/oder andere Daten von dem System 100 zu empfangen und an dieses zu senden. In einigen Ausführungsformen ist der Steuer- und Datenerfassungscomputer 10 konfiguriert, um außerdem die Missionsplanungssoftware auszuführen, welche die Möglichkeit bereitstellt, die Mission durch graphisches Auswählen des Untersuchungsbereichs auf einer importieren Karten zu planen, die Flugstreifen abzurufen, die erforderlich sind, um den Untersuchungsbereich bei der gewählten Flughöhe zu erfassen, und den tatsächlichen Erfassungsbereich und den tatsächlichen Systemzustand in Echtzeit zu überwachen.

[0029] Wie in Figur 1 gezeigt, beinhaltet das System in bestimmten Ausführungsformen einen sekundären Scannerspiegel 13 zum Umsetzen eines Verfahrens zum Verringern der Wahrscheinlichkeit des Erfassens einer atmosphärischen Rückstreuung. In aktuellen Systemen hat sich der primäre oszillierende Scannerspiegel 5 zu dem Zeitpunkt, zu dem sich der Rückpuls (durch einen empfangenen Strahl 22 dargestellt) zu dem primären oszillierenden Scannerspiegel 5 zurückbewegt, zum Beispiel um einen erheblichen Winkel gedreht, nachdem der gesendete Laserpuls (durch einen Sendestrahl 20 dargestellt) von dem primären oszillierenden Scannerspiegel 5 zu dem Ziel reflektiert wurde, wenn der Abstand zu dem Ziel groß und die Scanrate hoch ist. Ohne den sekundären Scannerspiegel 13 bewegt sich der empfangende Lichtpunkt über die Oberfläche der Erfassungsvorrichtung 3 vor- und zurück, wenn der primäre oszillierende Scannerspiegel 5 vor- und zurückschwingt. Somit ist in aktuellen Systemen, in denen die Größe der Erfassungsvorrichtung 3 das Empfänger-FOV festlegt, eine relativ große Erfassungsvorrichtung und somit ein großes Empfänger-FOV erforderlich. Das Ergebnis ist jedoch ein weniger optimales Signal-Rausch-Verhältnis.

[0030] Somit wird der sekundäre Scannerspiegel 13 gemäß den offenbarten Ausführungsformen verwendet, um den empfangenen Lichtpunkt in dem Zentrum der Erfassungsvorrichtung 3 zu halten, sodass ein kleineres Empfänger-FOV verwendet werden kann. In einer Ausführungsform wird der sekundäre Scannerspiegel 13 auf dieselbe Scanrate wie der primäre oszillierende Scannerspiegel 5 synchronisiert und auf dieser angetrieben. Da rückgestreute Pulse aus der Atmosphäre im Nahbereich häufiger sind, fallen diese unerwünschten rückgestreuten Pulse auf die Kante der Erfassungsvorrichtung 3 und werden somit stark abgeschwächt.

[0031] In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung konfiguriert, um mit verringerter Laserleistung betrieben zu werden, bei der es sich um einen Wert handelt, der nicht höher ist als der, der erforderlich ist, um zuverlässige Entfernungsmessungen bei der gewählten Flughöhe zu erhalten, um die Möglichkeit von rückgestreuten atmosphärischen Ergebnissen weiter zu verringern. In einer Ausführungsform kann die Laserleistung, die mindesten erforderlich ist, um zuverlässige Entfernungsmessungen bei der gewählten Flughöhe zu erhalten, durch Ausführen eines Algorithmus bestimmt werden, der einen Wert aus einer Lookup-Table ausliest, die Mindestlaserleistungsniveaus gegenüber der Flughöhe enthält. In einigen Ausführungsformen wird dieser Vorgang durchgehend in Echtzeit ausgeführt, um die Laserleistung anzupassen, wenn sich die Flughöhe oder das Gelände ändert. Der Vorteil des Verringerns der Laserleistung auf einen Wert, der nicht höher ist als der, der erforderlich ist, um zuverlässige Entfernungsmessungen zu erhalten, besteht darin, dass die Amplitude der unerwünschten rückgestreuten Signale von inneren Reflektionen und aus der Atmosphäre verringert wird. Signale unter dem Empfängererfassungsschwellenwert erzeugen keine Ausgabe von dem Empfänger und führen somit nicht zu einer Blindzone.

[0032] Ein zweiter Vorteil der offenbarten Ausführungsformen besteht darin, dass der sekundäre Scannerspiegel für Fernbereichsziele, bei denen eine maximale Laserleistung erforderlich ist, mit einem Versatz in Bezug auf den primären Scannerspiegel positioniert (gedreht) ist, sodass sich der primäre Scanner zu dem Zeitpunkt, zu dem das Echo (nach der TOF-Verzögerung) empfangen wird, derart gedreht hat, dass die Zeigerichtung des Empfänger-FOV in der optimalen Position liegt, um das Fernbereichsecho zu lenken, jedoch für atmosphärische Kurzbereichsergebnisse nicht richtig ausgerichtet ist. Somit wird die Wahrscheinlichkeit des Erfassens von atmosphärischen Ergebnissen verringert oder verhindert.

[0033] Beispielsweise wird angenommen, dass der primäre oszillierende Scannerspiegel 5 die

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Strahlen in einem Bereich von 4.000 Grad/Sekunde dreht, die Zielentfernung 3.500 m beträgt und die Empfänger-FOV 1 Milliradian beträgt. Die TOF für die 2-Wege-Übertragung des optischen Pulses beträgt etwa 23,4 Mikrosekunden. Der Scanner hat somit zu dem Zeitpunkt, zu dem das Echo empfangen wurde, den Strahl um etwa 1,6 mrad gedreht. Folglich ist das Empfänger-FOV für Nahbereichsziele um 1,6 mrad falsch ausgerichtet, wenn der sekundäre Scannerspiegel 13 wie vorangehend beschrieben betrieben wird, was zu einer entscheidenden Abschwächung von Rücksignalen von Nachbereichszielen führt, wodurch Blindzonen verringert oder verhindert werden, die durch rückgestreute Pulse aus der Atmosphäre herbeigeführt werden.

[0034] Figur 2 zeigt das System 100 im Betrieb. Das System 100 ist in oder auf einer luftgestützten Plattform angebracht, wie unter anderem einem Luftfahrzeug 200. Das System 100 erzeugt unter Verwendung eines Pulslasers ein Schwad 202, der durch einen optischen Überflugscanner erzeugt wird, und die Vorwärtsbewegung des Luftfahrzeugs führt zu einem Erfassungsbereich entlang einer Bahn. Wie vorangehend angegeben, verwendet das System 100 Positionierung durch GPS und eine IMU (inertiale Messeinheit) zur direkten Geo-Referenzierung der Stelle des Laserpunkts in dem Gelände.

[0035] Figur 3 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, das eine Abfolge 301, die drei sequentielle Laserauslösepulse beinhaltet, und eine entsprechende Abfolge 302 von Laserausgangspulsen für den Fall zeigt, in dem zu einer beliebigen Zeit lediglich ein optischer Puls übertragen wird. In der dargestellten Ausführungsform erzeugt ein Auslösepuls 311 einen Laserausgangspuls 312, erzeugt ein Auslösepuls 314 einen Laserausgangspuls 315 und erzeugt ein Auslösepuls 317 einen Ausgangspuls 318. Eine Abfolge 303 veranschaulicht die empfangenen Rückpulse von dem Ziel, die auf die Laserausgangspulse zurückzuführen sind. Zum Beispiel ist ein Echopuls 313 auf den Laserausgangspuls 312 zurückzuführen, ist ein Echopuls 316 auf den Laserpuls 315 und ist ein Echopuls 319 auf den Laserausgangspuls 318 zurückzuführen. Die entsprechenden Blindzonen (d. h. die Zeit, in der das System blind gegenüber Eingangssignalen ist) sind als 320, 321 und 322 gezeigt. In einem üblichen System beträgt die Breite des Laserpulses 2 oder 3 Nanosekunden, während sich die Blindzone über einen zweistelligen Nanosekundenbereich oder mehr erstrecken kann.

[0036] Figur 4 ist ein Beispiel für ein Zeitdiagramm, das eine Abfolge 401, die fünf sequentielle Laserauslösepulse an dem Laser darstellt, und eine entsprechende Abfolge 402 von Laserausgangspulsen für den Fall zeigt, in dem der Laser ausgelöst wird, bevor das Echo (in einer Abfolge 403 gezeigt) von dem vorherigen Puls empfangen wurde. Folglich liegen in diesem Szenario zwei optische Pulse zum gleichen Zeitpunkt in der Luft vor. Zum Beispiel erzeugt ein Auslösepuls 411 in der dargestellten Ausführungsform einen Laserausgangspuls 412, erzeugt ein Auslösepuls 414 einen Laserausgangspuls 415, erzeugt ein Auslösepuls 417 einen Ausgangspuls 418, erzeugt ein Auslösepuls 420 einen Ausgangspuls 421 und erzeugt ein Auslösepuls 422 einen Ausgangspuls 423. Ein Rückpuls 413 ist auf den Laserpulse 412 zurückzuführen, ein Rückpuls 416 ist auf den Laserpuls 415 zurückzuführen, ein Rückpuls 419 ist auf den Laserpulse 418 zurückzuführen usw. Wie vorangehend angegeben, ist der Rückpuls 413 auf den Laserpuls 412 und nicht den Laserpuls 415 zurückzuführen und ist der Rückpuls 416 auf den Laserausgangspuls 415 und nicht den Ausgangspuls 418 zurückzuführen, da der Laser ausgelöst wird, bevor der Rückpuls von dem vorangehenden Puls empfangen wurde. In der dargestellten Ausführungsform sind die entsprechenden Blindzonen als 433, 434, 435, 436 und 437 gezeigt. Wenn mehrere Pulse gleichzeitig übertragen werden, erhöht sich die Anzahl von Blindzonen; die Länge der Blindzonen bleibt jedoch unverändert. Folglich erhöht sich die Anzahl von möglicherweise verschwendeten Laserschüssen.

[0037] Nun unter Bezugnahme auf Figur 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Ändern des Laseraktivierungszeitpunkts veranschaulicht, um mögliche Blindzonen zu verhindern, gemäß der offenbarten Ausführungsformen dargestellt.

[0038] Der Laser wird mit einer Soll-PRF betrieben, die gewählt ist, um die erforderliche Dichte von Laserpunkten auf dem Boden bereitzustellen. Zusätzlich zu der Laser-PRF ist die Punkt

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AT 16 690 U1 2020-04-15 österreichisches patentamt dichte von dem Bereich von einem minimalen bis maximalen Scanwinkel, der Scannergeschwindigkeit, der Luftfahrzeuggeschwindigkeit über dem Boden und der Flughöhe über dem Boden abhängig. Für jeden Laserschuss ist die TOF die 2-Wege-Entfernung zu dem Ziel (hin und zurück) multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit. Diese TOF (die genau gemessen wird) legt fest, wann der Rückpuls bezogen auf die Emissionszeit des Pulses von dem Laser von dem Ziel empfangen wird.

[0039] Da der Laser extern ausgelöst wird und da die Laseremission an einem festen, wiederholbaren Zeitpunkt erfolgt, nachdem der letzte Laserauslöser angewendet wurde, ist die Zeit T zwischen den optischen Ausgaben von aufeinanderfolgenden Laserschüssen (wobei T der Kehrwert der PRF zu diesem Zeitpunkt ist) bekannt. Somit sind die Zeitpunkte, zu denen die Blindzonen auftreten, ebenfalls bekannt und können durch Ändern der Laserauslösezeit gesteuert werden. Insbesondere kann T von Schuss zu Schuss leicht erhöht oder verringert werden, um sicherzustellen, dass eine Blindzone nicht zeitlich mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, zu dem der Rückpuls empfangen wird. Diese Änderungen von T sind mit geringen Änderungen der Laser-PRF äquivalent, welche die Laserpunktposition auf dem Boden oder die Punktdichte nicht entscheidend ändern.

[0040] Beispielsweise sind alle 5 Mikrosekunden Blindzonen vorhanden, die sich (zum Beispiel) über 10 Nanosekunden erstrecken können, wenn der Laser mit einer PRF von 200 kHz betrieben wird. Wenn die Entfernung zum Ziel 740 Meter beträgt, beträgt die TOF etwa 4,938 Mikrosekunden. In diesem Beispiel wird das Echo 62 Nanosekunden vor der Blindzone empfangen. Der vorangehende Ablauf von TOF-Messungen kann angeben, dass aus einem beliebigen Grund (Geländevariation, Luftfahrzeugpositions- oder -ausrichtungsänderung, Scanwinkeländerung usw.) eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Echo von dem nächsten Laserschuss in die Blindzone fällt, wenn keine Anpassung der PRF vorgenommen wird. Der Software-Algorithmus, der den Laseraktivierungszeitpunkt steuert, kann dann die Blindzone umschalten, indem T um einen Betrag von 100 Nanosekunden verringert (die PRF leicht erhöht) wird, sodass das Echo nun nach der Blindzone erfolgt, oder der Algorithmus kann T erhöhen (die PRF leicht verringern), sodass der Rückpuls weit vor der Blindzone erfolgt. Diese Entscheidungen werden auf Grundlage von Kenntnissen aus den vorhergehenden TOF-Messungen getroffen.

[0041] Der Vorgang oder Algorithmus ist als computerausführbare Anweisungen umgesetzt und wird unter Verwendung von einem oder mehreren Prozessoren der offenbarten Systeme ausgeführt. Der Vorgang beginnt mit Schritt 501 durch Überwachen der berichteten TOF (Laufzeit) von jedem Laserausgangspuls in Echtzeit. Dies wird auf Grundlage von dem Zeitpunkt, zu dem der Laserausgangspuls erzeugt wird, zu dem Zeitpunkt bestimmt, zu dem der entsprechende Rückpuls durch das System empfangen wird. In dieser Ausführungsform wird die Abfolge von TOF-Messungen bei Schritt 502 analysiert, um zu prognostizieren, ob eine geplante TOF nahe einer Blindzone liegt. In bestimmten Ausführungsformen kann die PRF auf Grundlage einer Benutzerpräferenz oder auf Grundlage anderer Parameter angepasst werden, wie unter anderem Flugdaten, Art des Geländes usw.

[0042] Bei Schritt 503 wird die PRF (nach oben oder unten) korrigiert, wenn der Vorgang festlegt, dass eine geplante TOF nahe einer Blindzone liegt, um dies zu verhindern. Wenn in einer Ausführungsform der Rückpuls weniger als 30 Nanosekunden vor einer Blindzone ankommt, wird der nächste Laserauslösepuls um 50 Nanosekunden vorgezogen (die PRF leicht erhöht), damit die Blindzone vor dem erwarteten Zeitpunkt des Eintreffens des Rückpulses erfolgt, oder wird der Laserauslösepuls um 40 Nanosekunden verzögert (die PRF leicht verringert), damit die Blindzone weitere 40 Nanosekunden nach dem erwarteten Zeitpunkt des Eintreffens des Rückpulses erfolgt.

[0043] Wenn keine Anpassung der PRF vorgenommen wurde, um eine Blindzone zu vermeiden, wird durch den Vorgang bei Schritt 504 eine Anpassung an der PRF vorgenommen, damit diese näher an der PRF-Anfangseinstellung liegt, die für die Untersuchungsmission programmiert wurde, um den erwünschten Punktabstand und die erwünschte Punktdichte zu erzielen.

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AT 16 690 U1 2020-04-15 österreichisches patentamt [0044] In einigen Ausführungsformen kann die Anpassung durch Addieren oder Subtrahieren eines konstanten Wertes durchgeführt werden. Alternativ kann die Anpassung in anderen Ausführungsformen durchgeführt werden, indem ein dynamischer Wertebereich auf Grundlage der bestimmten geplanten TOF addiert oder subtrahiert wird. In einer Ausführungsform nimmt das System mindestens eine Anpassung vor, die erforderlich ist, um zu veranlassen, dass die geplante TOF nicht nahe einer Blindzone liegt.

[0045] Obwohl in den dargestellten Ausführungsformen TOF-Messungen in einer Zeitabfolge überwacht werden, kann der Vorgang in alternativen Ausführungsformen ausgeweitet werden, um durch Referenzieren vergangener Laserschüsse in Abhängigkeit einer Scannerposition oder berechneten 3D-Position des Punktes zu extrapolieren.

[0046] In noch weiteren Ausführungsformen kann das System konfiguriert sein, um den Erfassungsbereich von einem minimalen bis maximalen Scanwinkel dynamisch anzupassen, um die sich verändernde Höhe des Luftfahrzeugs und die sich verändernde Bodenerhebung des Geländes auszugleichen, um eine konstante Schwadbreite und Laserpunktverteilung auf dem Boden bereitzustellen. In einer Ausführungsform wird dies durch die Verwendung eines programmierbaren galvanometerbasierten Scanners ermöglicht. Der programmierbare galvanometerbasierte Scanner ist konfiguriert, um einen Schwadnachverfolgungsalgorithmus für den Zweck des Beibehaltens der erwünschten Laserpunktdichte auf dem Boden auszuführen. In Systemen ohne Schwadnachverfolgung ist die Schwadbreite eine Funktion des programmierbaren Scanwinkels und der Flughöhe über dem Boden. Folglich ist die Punktdichte bei variierenden Geländehöhen nicht konstant. Gemäß den offenbarten Ausführungsformen ist das System durch dynamisches Anpassen der Scannerparameter (z. B. des Erfassungsbereichs von einem minimalen bis maximalen Scanwinkel) in der Lage, die Punktdichte relativ konstant zu halten, wenn sich die Höhe des Geländes während der Untersuchungsmission ändert.

[0047] Des Weiteren kann das System in bestimmten Ausführungsformen außerdem konfiguriert sein, um Änderungen der Luftfahrzeugflughöhe und des Rollwinkels des Luftfahrzeugs auszugleichen. In einer Ausführungsform ist die Positionierungs- und Ausrichtungskomponente 7 wie in Figur 1 beschrieben zum Beispiel konfiguriert, um unter Verwendung von Eingängen von dem GPS-Empfänger und der inertialen Messeinheit den Luftfahrzeugrollwinkel in Echtzeit zu berechnen. Da die Drehachse des primären oszillierenden Scannerspiegels 5 parallel zu der Rollachse des Luftfahrzeugs ist, ist der Steuer- und Datenerfassungscomputer 10 in der Lage, den primären oszillierenden Scannerspiegel 5 zu programmieren, um das Rollen des Luftfahrzeugs durch entsprechendes Versetzten des Schwads auszugleichen. Somit wird der Schwad durch diese Anpassung symmetrisch zentriert unter dem Luftfahrzeug gehalten. Der Steuerund Datenerfassungscomputer 10 überwacht außerdem die TOF-Daten für jeden Laserschuss, wie durch den Zeitintervallmesser 6 gemessen, und berechnet die Neigungsentfernung zu dem Gelände. Das System berechnet die vertikale Erhebung über dem Boden unter Verwendung der berechneten Neigungsentfernung zu dem Gelände in Verbindung mit dem gemessenen Scanwinkel, der jedem Laserschuss zugeordnet ist, und es wird ein mittlerer Wert geschätzt, der verwendet wird, um den Erfassungsbereich von einem minimalen bis maximalen Scanwinkel (Schwad) anzupassen.

[0048] In einer weiteren Ausführungsform wird der Differenzmedian des Luftfahrzeugs zu der Bodendistanz verwendet, um die Schwadbreite anzupassen.

[0049] In noch einer weiteren Ausführungsform kann beim Abbilden abfallenden Geländes die Ausdehnung des Schwads auf dem Boden unter der linken Seite des Luftfahrzeugs anders gestaltet werden als die Ausdehnung des Schwads auf dem Boden unter der rechten Seite des Luftfahrzeugs.

[0050] Als ein Beispiel für die Schwadnachverfolgung werden geplante Untersuchungsflüge für einen maximalen Scanwinkel von 20 Grad bei einer Flughöhe von 1.000 Metern über dem Boden angenommen, wenn sich die Distanz von dem Luftfahrzeug zum Boden entweder aufgrund einer Änderung der Geländehöhe oder aufgrund einer Änderung der Höhenlage des Luftfahrzeugs auf 2.000 Meter ändert, wobei das System den maximalen Scanwinkel dyna

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AT 16 690 U1 2020-04-15 österreichisches patentamt misch auf 10 Grad verringert, um die Schwadbreite konstant zu halten.

[0051] Somit stellen die offenbarten Ausführungsformen Systembedienern den Vorteil des Schwadnachverfolgens bereit. Ein Vorteil dieses zusätzlichen Merkmals schließt ein, dass keine größeren Schwadbreiten als erforderlich geplant werden müssen, um die Möglichkeit abzudecken, dass sich eine Distanz des Luftfahrzeugs zum Boden ändert, was zu Kosteneinsparungen führt.

[0052] Dementsprechend stellen die offenbarten Ausführungsformen eine oder mehrere technischen Lösungen für die den aktuellen luftgestützten Laserscansystemen zugeordneten Probleme bereit. In einer Ausführungsform stellen die offenbarten Ausführungsformen zum Beispiel ein verbessertes luftgestütztes Laserscansystem bereit, das Blindzonen verhindert oder verringert, die durch unerwünschtes gestreutes Licht (das z. B. durch Reflektionen von optischen Innenkomponenten, einem Fenster an dem Ausgang des Systems oder einem Fenster in dem Luftfahrzeug, durch welches das System betrieben wird, usw. hervorgerufen wird) und rückgestreutes Licht von den ersten Metern Luft unter dem Luftfahrzeug hervorgerufen werden. Des Weiteren stellen die offenbarten Ausführungsformen wie vorangehend beschrieben ein verbessertes luftgestütztes Laserscansystem bereit, das in der Lage ist, eine konstante Schwadbreite beizubehalten.

[0053] Obwohl repräsentative Vorgänge und Artikel hierin im Detail beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, dass verschiedene Substitutionen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang von dem abzuweichen, was durch die beigefügten Ansprüche beschrieben und definiert wird. Obwohl die vorangehende Beschreibung zum Beispiel bestimmte Schritte und Funktionen beschreibt, die in einer bestimmten Reihenfolge und durch bestimmte Module durchgeführt werden, sind die hierin offenbarten Merkmale nicht als auf eine bestimmte Reihenfolge oder eine bestimmte Umsetzungsbeschränkung eingeschränkt auszulegen. Zum Beispiel können eine oder mehrere Komponenten in der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform hinzugefügt, neupositioniert, entfernt und/oder kombiniert werden, ohne vom Umfang der offenbarten Ausführungsformen abzuweichen. Als ein weiteres Beispiel kann der in Figur 5 beschriebene Vorgang die PRF anpassen, ohne zu berücksichtigen, ob sich die PRF in ihrer Solleinstellung befindet.

[0054] Somit versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf spezifische offenbarte Ausführungsformen eingeschränkt werden soll. Der Umfang der Ansprüche soll die offenbarten Ausführungsformen und jegliche solche Modifikation oder solchen Kombinationen wie hierin offenbart weitgehend abdecken.

Claims

Ansprüche

1. System, das angepasst ist, um topographische Erhöhungen zu messen, wobei das System Folgendes umfasst:

• einen Pulslaser (1) zum Erzeugen eines Laserlichtpulses (20);

• einen primären Spiegel (5), der dazu angepasst ist, in zumindest einer Achse vor- und zurückzuschwingen, um den Laserlichtpuls (20) in einem Muster zu einem Ziel zu lenken, und ferner angepasst ist, um Reflektionen (22) des Laserlichtpulses (20) von dem Ziel zu empfangen und die Reflektionen (22) des Laserlichtpulses (20) zu einem sekundären Spiegel (13) zu lenken;

wobei der sekundäre Spiegel (13) angepasst ist, um die Reflektionen (20) des Laserlichtpulses (20) auf ein Zentrum einer Erfassungsvorrichtung (3) neuzuorientieren, wobei die Erfassungsvorrichtung (3) konfiguriert ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, dass durch einen Empfänger (4) verstärkt wird;

einen Zeitintervallmesser (6), der konfiguriert ist, um eine Laufzeit auf Grundlage von einem Zeitpunkt, zu dem der Laserlichtpuls (20) erzeugt wird, zu dem die Reflektionen (20) des Laserlichtpulses (20) durch den Empfänger (4) empfangen werden, zu bestimmen; und eine Steuerelektronik, die konfiguriert ist, um die topographischen Erhebungen unter Verwendung der Laufzeit zu messen.
2. System nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Modul (15) zum erneuten Abbilden, das Linsen und zumindest einen Spektralfilter (14) enthält, der zwischen dem sekundären Spiegel (13) und der Erfassungsvorrichtung (3) konfiguriert ist, in dem die Reflektionen von dem Laserlichtpuls von dem sekundären Spiegel (13) zu der Erfassungsvorrichtung (3) geleitet werden.
3. System nach Anspruch 2, wobei sich der sekundäre Spiegel (13) zwischen dem primären Spiegel (5) und dem Modul (15) zum erneuten Abbilden befindet.
4. System nach Anspruch 1, wobei der Pulslaser (1) durch einen externen Auslösepuls ausgelöst wird und eine Verzögerung zwischen dem externen Auslösepuls und einem emittierten optischen Puls von dem Pulslaser (1) genau bekannt und wiederholbar ist.
5. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerelektronik (10) konfiguriert ist, um eine Zeigerichtung des sekundären Spiegels (13) zu steuern, durch welche die Empfängerausrichtung in Bezug auf die Reflektionen (22) des Laserlichtpulses (20) angepasst werden, um eine Möglichkeit des Erfassens von atmosphärischen Rückstreuungsergebnissen zu verringern.
6. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerelektronik (10) konfiguriert ist, um eine Möglichkeit des Erfassens von atmosphärischen Rückstreuungsergebnissen zu verringern, indem eine Laserpulsenergie auf ein Niveau verringert wird, das als ausreichend für zuverlässige Entfernungsmessungen bestimmt wurde.
7. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerelektronik (10) konfiguriert ist, um eine mögliche Kollision eines Ausgangslaserlichtpulses mit einem Eingangssignal zu bestimmen und einen Zeitpunkt des Ausgangslaserlichtpulses anzupassen, um die mögliche Kollision zu vermeiden.
8. System nach Anspruch 7, wobei die mögliche Kollision auftritt, wenn die Laufzeit des Eingangssignals in einer Blindzone (320, 321,322) liegt, die jedes Mal auftritt, wenn der Laser aktiviert wird.
9. System nach Anspruch 7, wobei das Anpassen des Zeitpunkts des Ausgangslaserlichtpulses Einstellen der Pulswiederholfrequenz näher an einem Anfangswert umfasst, wenn die Einstellung vorangehend angepasst wurde, um eine mögliche Kollision zu verhindern.

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10. System nach Anspruch 7, wobei das Anpassen des Zeitpunkts des Ausgangslaserlichtpulses, um die mögliche Kollision zu verhindern, Vornehmen einer minimalen Anpassung umfasst, sodass das Eingangssignal nicht in einer Blindzone (320, 321, 322) liegt, die jedes Mal auftritt, wenn der Laser aktiviert wird.
11. System nach Anspruch 1, ferner umfassend einen programmierbaren galvanometerbasierten Scanner, der konfiguriert ist, um eine Schwadbreite zu erzeugen, durch die eine konstante Punkteverteilung auf dem Ziel beibehalten wird.
12. System nach Anspruch 11, wobei der programmierbare galvanometerbasierte Scanner konfiguriert ist, um einen Scannerauslenkungswinkel und eine Schwadbreite dynamisch anzupassen, um Höhenlagen- und Erhebungsänderungen auszugleichen.
13. System nach Anspruch 11, wobei die Steuerelektronik (10) ferner konfiguriert ist, um eine Systemrollbewegung durch Anpassen des primären Spiegels (5) auszugleichen, sodass eine Laserausgangsstrahlrichtung nicht durch die Systemrollbewegung beeinflusst wird.
14. Maschinenimplementiertes Verfahren zum Verringern von Datenverlust aufgrund von Blindzonen (320, 321,322) in einer Laserscanvorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Dynamisches Überwachen einer Laufzeit (TOF) eines Laserlichtpulses (20), der durch die Laserscanvorrichtung gesendet und empfangen wurde;

Bestimmen, ob eine mögliche Kollision eines Ausgangslaserlichtpulses mit einem Eingangssignal wahrscheinlich eintreten wird; und

Anpassen einer Pulswiederholfrequenz (PRF) als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die mögliche Kollision des Ausgangslaserlichtpulses mit dem Eingangssignal wahrscheinlich eintreten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die mögliche Kollision auftritt, wenn eine Laufzeit des Eingangssignals innerhalb einer Blindzone (320, 321, 322) liegt, die jedes Mal auftritt, wenn der Laser aktiviert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Anpassen des Zeitpunkts des Ausgangslaserlichtpulses Einstellen der Pulswiederholfrequenz (PRF) näher an einem Anfangswert umfasst, wenn die Einstellung vorangehend angepasst wurde, um eine mögliche Kollision zu verhindern.
17. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend Steuern besonderer optischer Elemente und eines sekundären Scanners, um eine Erfassung von unerwünschten Echos aus der Atmosphäre zu verhindern.
18. Maschinenimplementiertes Verfahren zum Beibehalten einer konstanten Schwadbreite unter Verwendung einer Laserscanvorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

Dynamisches Anpassen von Scannerparametern, um eine Punktdichte relativ konstant zu halten, wenn sich zumindest eines von einer Luftfahrzeugflughöhe und einer Bodenerhebung des Geländes während einer Untersuchungsmission ändert.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Scannerparameter einen Scannerauslenkungswinkel beinhalten.
20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das dynamische Anpassen der Scannerparameter Ausgleichen eines Rollwinkels einer fliegenden Plattform beinhaltet, auf der die Laserscanvorrichtung angebracht ist.