在一项新的研究中，科学家们展示了一种新的激光雷达技术，可以帮助机器人车辆在未来的火星或月球任务中着陆时避免危险。 该方法使用闪光激光雷达通过单个激光脉冲记录完整的 3D 图像，从而避免了传统激光雷达方法中存在的运动模糊。
来自 NASA 兰利研究中心的 Farzin Amzajerdian 将在 2022 年 12 月 11 日至 15 日举行的 Optica 激光大会上介绍这些新发现。该演讲题为“开发用于地形传感和行星体安全着陆的 3D 闪光激光雷达”，将在- 网站和在线的混合格式。
“激光雷达技术在未来的月球、火星和其他太阳系天体任务中发挥着关键作用，因为它们需要在可能发现有价值资源或可能导致重要科学发现的特定位置精确安全着陆，”首席研究员 Farzin 说。 Amzajerdian 博士
流线型设计
闪光激光雷达在整个着陆机器人车辆的过程中有多种用途。 当车辆下降到地面时，闪光激光雷达可用于从几公里的高度生成 3D 地形图，以减少位置误差。 一旦它位于着陆点上方约一公里处，高分辨率 3D 闪光激光雷达图像可用于识别危险地形特征并选择最安全的着陆点。 在最后进近过程中，闪光激光雷达可以帮助跟踪地形特征并将车辆引导至选定的着陆位置。
在此过程中实施闪光激光雷达的一个挑战是需要一个大型机械万向节来扫描目标区域以获取单独的激光雷达图像，然后将这些图像拼接在一起。 在这项新工作中，研究人员测试了他们开发的超分辨率算法，以消除对扫描万向架的需求。 他们的解决方案涉及扩大激光雷达视野以覆盖整个感兴趣区域，然后从不同位置和视角拍摄同一场景的一系列图像。 然后通过计算将这些图像组合起来，以实现场景的高分辨率视图。
“我们的超分辨率算法允许独立的紧凑型激光雷达传感器，因为它不需要来自外部传感器的位置和姿态数据，”Amzajerdian 补充道。 “由于激光雷达的高帧率，这种方法还可以降低距离测量噪声、恢复坏像素并缩短采集时间。”
展示优势
研究人员使用放置在美国宇航局兰利研究中心龙门架设施移动平台下的危险场测试了这项新技术。 该设施将闪光激光雷达系统提升到离地面 64 米的高度，并引入垂直运动和一些随机的横向运动。 实验表明，超分辨率算法大大降低了距离噪声，同时产生的图像分辨率比单独使用闪光激光雷达时至少高 25 倍。
研究人员现在正在开发一个带有升级激光雷达系统的原型，用于一系列飞机飞行测试，以展示其未来着陆任务的能力。
