CN105676209B

CN105676209B - 一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿方法与装置

Info

Publication number: CN105676209B
Application number: CN201610198862.9A
Authority: CN
Inventors: 王建军; 苗松; 李云龙
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: CN105676209A

Abstract

一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿方法与装置，在直升机载激光雷达系统中，增加一个三维姿态角振动补偿装置，其上安装一面大尺寸反射镜。采用磁性万向轴承支撑所述大尺寸反射镜绕x轴和y轴实现同时转动；x轴和y轴的转动采用直动电机和光栅尺位移传感器实现转角闭环控制，可消除x轴和y轴的转动耦合；所述大尺寸反射镜绕z轴的转动采用直流力矩电机和齿轮传动方式。通过所述三维姿态角振动补偿装置，将由机载平台三维姿态角振动影响而偏转了的激光脉冲束，矫正回无机载平台姿态角振动时的理想扫描方向上，从而实现对机载平台三维姿态角振动的实时完全补偿，消除直升机载平台三维姿态角振动对激光雷达测量点云的不利影响。

Description

一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿方法与装置

技术领域

本发明涉及直升机载平台的复杂振动对机载激光雷达三维成像不利影响的实时高精度补偿问题。

背景技术

激光雷达具有成像精度高、作业效率高、探测距离远等优点，而直升机具有飞行机动灵活的优点，对起飞和降落地点要求低，同时飞行高度也不高，适合各种复杂地形的测量，因此，两者相结合，直升机载激光雷达在地形测绘、城市建模、电力线勘测等许多领域，得到了广泛的应用。

机载激光雷达工作过程中，要求机载平台的运动有规律，通常要求直升机为匀速直线飞行，从而可使激光雷达的探测点云覆盖区域规则，分布密度均匀，被测地形的采样点分布满足二维采样定理要求，则经过后续的点云插值和曲面拟合处理时，三维地形模型误差较小，可满足地面测量的分辨率要求，三维成像精度高。

但直升机虽具有飞行机动灵活的优点，但也有明显的缺点，即直升机飞行过程中具有非常复杂的振动。直升机在实际飞行过程中，飞机体会受到多方面的干扰影响，如阵风、湍流、发动机振动及控制系统的性能缺陷等，使机载平台无法保持理想的匀速直线运动状态，产生强烈且复杂的振动，严重影响激光雷达扫描点云的分布和采样分辨率，进而降低了被测地形三维成像模型的精度。因此，采取有效措施，针对直升机载激光雷达的飞行平台复杂振动进行实时高精度补偿，具有重要的现实意义。

现有可实现机载激光雷达载荷平台实时补偿方法中，如在专利ZL201010183492.4中，其提出了一种可实现机载激光雷达载荷平台的俯仰角变化实时补偿方法，另外在专利ZL201010180527.9中，其提出了一种可实现机载激光雷达载荷平台的滚动角变化实时补偿方法，也就是说现有的机载激光雷达雷达关于载荷平台姿态角振动的补偿方法中只能实现单轴方向上的姿态角补偿，而无法实现三轴姿态角振动的同时补偿。为了实现直升机载平台三轴复杂姿态角振动的实时高精度补偿，需要对补偿装置的机械结构、补偿原理和补偿性能提出新的设计要求。本专利即提出了一种专用于直升机载激光雷达的机载平台复杂三维姿态角振动的实时补偿方法与装置，其具有与以往补偿方法不同的补偿原理、机械结构、工作方式及补偿性能。

发明内容

为了实现对直升机载激光雷达三维姿态角振动的完全补偿，本发明提供了一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿方法与装置，主要有以下的几点创新点：一是采用直动电机控制取代传统的转动电机控制，采用位移测量取代转角测量的方法，其目的是改善补偿装置的机械结构，提高空间利用率，可实现大尺寸反射镜的安装，提高补偿装置对激光雷达远距离测量的适应能力，增强其实用性；二是采用磁性万向轴承机械结构，取代三轴转台结构，可使大尺寸反射镜绕x轴和y轴的转动快速灵活，且避免了两轴的转动耦合；三是增加了大尺寸反射镜在z轴方向上的补偿，实现了机载激光雷达对三轴姿态角振动的完全补偿，而非只补偿一轴。

本发明提供的一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿方法与装置，其特征在于在常规的直升机载激光雷达系统中增加一个激光束三维指向矫正装置，通过此矫正装置，将由于机载平台三维姿态角振动影响而偏转了的激光脉冲束，矫正回无机载平台姿态角振动时的理想扫描方向上，从而可实现对机载平台三维姿态角振动的实时补偿，完全消除了直升机载平台三维姿态角振动对激光雷达测量点云的不利影响，故将此装置即称为三维姿态角振动补偿装置。

其中，增加了三维姿态角振动补偿装置的直升机载激光雷达系统组成特征在于包括直升机载平台（1）、高频激光脉冲测距仪（2）、一维扫描摆动振镜系统（3）、三维高精度陀螺仪（4）、三维姿态角振动补偿装置（5）、被测地形（6）。在所述三维姿态角振动补偿装置（5）上，安装了一面大尺寸激光反射镜（501）。其补偿原理为：所述高频激光脉冲测距仪（2）、一维扫描摆动振镜系统（3）、三维高精度陀螺仪（4）和三维姿态角振动补偿装置（5）均固定安装在直升机载平台（1）上。由高频激光脉冲测距仪（2）发出的激光脉冲，经一维扫描摆动振镜系统（3）反射后射向三维姿态角振动补偿装置（5），经三维角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）反射后照向被测地形（6）。由三维高精度陀螺仪（4）获得直升机载平台（1）的实时三维姿态角振动信息，提供给三维姿态角振动补偿装置（5）的控制器，使三维姿态角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）在直升机载平台（1）的三轴方向上做与姿态角振动角度相关的反向转动。

其中，在直升机载平台（1）的滚动角和俯仰角转动方向上，三维姿态角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）的转动状态为反向旋转直升机载平台（1）的滚动角和俯仰角振动值的一半。而在直升机载平台（1）的偏航角方向上，三维姿态角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）的转动状态为反向旋转实时直升机载平台（1）的偏航角振动值的相同角度，从而可实时高精度的补偿掉直升机载平台（1）三维姿态角振动，使高频激光脉冲测距仪（2）发出的经一维扫描摆动振镜系统（3）反射后的激光扫描分布完全免受直升机载平台（1）的三维姿态角振动的不利影响。

其中，所述大尺寸反射镜（501）的长宽为100mm×100mm，采用大尺寸激光反射镜面可有效获取地面反射的激光回波，有利于直升机载激光雷达的远距离探测。所述大尺寸反射镜（501）的镜面支撑杆（502）由四根组成，采用钛合金材料制造，质量轻强度高，两两垂直均匀分布在一个平面内，并与小半球体（530）切平面紧固焊接。所述小半球体（530）是高度略低于球半径的半球体，其采用不锈钢制成，支撑凹球面立柱（522）采用磁性钢做成，可将所述小半球体（530）的球面紧紧吸住，因此所述小半球体（530）的球表面和所述支撑凹球面立柱（522）的支撑凹球面立柱相互配合，形成滑动球面接触，并且在强磁吸力的作用下，结合紧密不易分离，之间没有缝隙，可灵活的绕x和y轴自由转动，因此其运动结构相当于一个磁性球面万向轴承。所述大尺寸反射镜（501）的中心点（529）与所述小半球体（530）的球心位置始终重合，因此当所述小半球体（530）和所述支撑凹球面立柱（522）组成的磁性球面万向轴承绕x和y轴转动时，所述大尺寸反射镜（501）的所述中心点（529）的空间位置相对于机载平台始终保持不变。

其中，四个所述支撑杆（502）的端部各安装了万向连杆轴承（503）。所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的转动是由x轴直动电机（524）通过x轴驱动连杆2（525）驱动，由x轴光栅尺位移测量传感器（523）测出所述x轴直动电机（524）的实际位移，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的实际转角。在与安装所述x轴直动电机（524）支撑杆相对方向的支撑杆上，安装了x轴弹性恢复弹簧（505）和x轴阻尼器（506），与x轴驱动连杆1（504）相连，并通过x轴单轴连杆轴（507）与所述大尺寸反射镜（501）相连接，其目的是获得x轴控制系统的最优固有频率和阻尼比，改善所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的动态转动特性。

其中，所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的转动是由y轴直动电机（527）通过y轴驱动连杆2（528）驱动，由y轴光栅尺位移测量传感器（526）测出所述y轴直动电机（527）的实际位移，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的实际转角。在与安装所述y轴直动电机（527）支撑杆相对方向的支撑杆上，安装了y轴弹性恢复弹簧（509）和y轴阻尼器（510）,与y轴驱动连杆1（511）相连，并通过y轴单轴连杆轴（512）与所述大尺寸反射镜（501）相连接，其目的是获得y轴控制系统的最优固有频率和阻尼比，改善所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的动态转动特性。x轴和y轴的直动电机和弹簧阻尼器是由驱动支撑杆（508）支撑，共由四根组成，其两两垂直，均匀分布在一个平面内，并与所述支撑凹球面立柱（522）紧固焊接。

其中，所述支撑凹球面立柱（522）与立柱转动轴（521）紧固连接，具有同一转动轴，在所述立柱转动轴（521）上安装有大齿轮（514），同时所述立柱转动轴（521）的端部安装了立式滚动轴承（516），所述立式滚动轴承（516）安装在轴承座（517）中。所述三维角振动补偿装置（5）由所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）实现控制。

其中，所述大尺寸反射镜（501）绕z轴的转动是由z轴直流力矩电机（519）驱动的，所述z轴直流力矩电机（519）首先带动小齿轮（520）转动，进而所述小齿轮（520）驱动大齿轮（514）旋转，使整个镜面系统绕z轴转动，采用z轴电容式转角测量传感器（518）测量所述z轴直流力矩电机（519）的实时转角，实现所述大尺寸反射镜（501）绕z轴转动的闭环控制。所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）、z轴电容式转角测量传感器（518）和轴承座（517）均固定安装在安装底板（515）上。所述安装底板（515）在四个垂直侧面上可实现扩展，形成一个箱体，将整个系统包围起来，从而起保护、支撑和防尘作用。

其中，所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）的硬件部分是基于ARM（LPC2138）控制器进行控制实现。通过串口1获得所述三维高精度陀螺仪（4）采集的直升机三维姿态角振动数据，作为三个姿态角振动补偿控制的理想输入值，采用前馈+反馈的复合控制方式以及模糊PID控制策略，对所述大尺寸反射镜（501）的三轴转角进行控制。

其中，由D/A输出口1控制所述x轴直动电机（524）运动，由所述x轴光栅尺位移测量传感器（523）获得所述x轴直动电机（524）的实时位移，通过串口2返回ARM（LPC2138）控制器，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的实时转角，形成闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）绕x轴逆向转动直升机载荷平台的滚动角实时振动值的一半，从而完全补偿直升机载荷平台在滚动角方向上对激光雷达测量点云的不利影响。

其中，由D/A输出口2控制所述y轴直动电机（527）运动，由所述y轴光栅尺位移测量传感器（526）获得所述y轴直动电机（527）的实时位移,通过串口3返回ARM（LPC2138）控制器，通过计算获得所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的实时转角，形成闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）逆向转动直升机载荷平台的俯仰角实时振动值的一半，从而可完全补偿直升机载荷平台在俯仰角方向上对激光雷达测量点云的不利影响。

其中，由D/A输出口3控制所述z轴直流力矩电机（519）转动，由所述z轴电容式转角测量传感器（518）获得所述z轴直流力矩电机（519）的实时转角，通过串口4返回ARM（LPC2138）控制器，通过闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）逆向转动直升机载荷平台的偏航角实时振动值的相同值，从而可完全补偿直升机载荷平台在偏航角方向上对激光雷达测量点云的不利影响。

附图说明

图1 是常规直升机载激光雷达工作原理图。

图2 直升机载荷平台姿态角振动对激光雷达测量点云分布的不利影响仿真图。

图3 是可实现直升机载荷平台三维姿态角振动实时补偿的机载激光雷达系统工作原理图。

图4 是用于直升机载激光雷达的三维姿态角振动补偿装置机械结构示意图。

图5 是三维姿态角振动补偿装置的控制系统硬件结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明专利实施例作进一步详细描述。

图1是常规直升机载激光雷达工作原理图。图中描述了常规机载激光雷达系统的基本结构，其中，（1）为直升机载平台，（2）为高频激光脉冲测距仪，（3）为一维扫描摆动振镜系统，（4）为三维高精度陀螺仪。此时为未经姿态角补偿的直升机载激光雷达系统。当机载平台稳定时，在三轴方向上均没有姿态角振动，则激光器发出的激光脉冲束经一维扫描摆动振镜系统反射后，在垂直于飞机飞行方向上会产生一条扫描线（假设被测地面是一个水平平面），如图中的O₁O₂线段所示。当机载平台有滚动角振动时，扫描线会沿着扫描线方向进行偏移，滚动角越大，偏移距离越大，如图中的R₁R₂线段所示；当机载平台有俯仰角振动时，扫描线会沿着飞行方向超前或滞后，如图中的P₁P₂线段所示；当机载平台有偏航角振动时，扫描线会发生绕扫描线中心点的旋转倾斜，如图中的H₁H₂线段所示。图中（4）三维高精度陀螺仪的目的是获得机载平台的三维姿态角振动实时数据。

图2为直升机载荷平台姿态角振动对激光雷达测量点云分布的不利影响仿真图。图中仿真了三个姿态角振动对激光雷达测量点云的分布影响。设被测地面为水平面，当直升机距离被测量地面的相对飞行高度为500米时，若机载平台的姿态角振动为幅值3度、频率为0.5Hz的正弦变化时，则模拟机载激光雷达的对地测量原理，可获得无姿态角振动时的理想激光扫描点云分布特点和有姿态角振动时获得的激光扫描点云分布特点。由图可见，机载平台姿态角振动的存在，会造成激光雷达测量点云的非均匀变化，造成局部点云区域的测量采样率降低，从而导致后续三维成像精度的降低。另外，随着飞行高度的增加和姿态角振动的幅度增大，点云分布的不规则程度会增大，最终导致激光雷达三维成像精度恶化进一步加重。采取有效措施，实时补偿直升机平台的姿态角振动对激光雷达测量点云的不利影响，是至关重要的。

图3是可实现直升机载荷平台三维姿态角振动实时补偿的机载激光雷达系统工作原理图。通常激光雷达具有很高的脉冲重复频率，测量速度高，当机载平台的姿态角振动实时变化时，会造成激光点云的实时变化，因此，要实现对机载平台姿态角振动的完全补偿，需要在常规的直升机载激光雷达系统中增加一个激光束三维指向矫正装置，通过此矫正装置，将由于机载平台三维姿态角振动影响而偏转了的激光脉冲束，矫正回无机载平台姿态角振动时的理想扫描方向上，从而可实现对机载平台三维姿态角振动的实时补偿，完全消除直升机载平台三维姿态角振动对激光雷达测量点云的不利影响，故将此装置即称为三维姿态角补偿装置。

增加了三维姿态角振动补偿装置的直升机载激光雷达系统组成图如图3所示，其中，直升机载平台（1）、高频激光脉冲测距仪（2）、一维扫描摆动振镜系统（3）、三维高精度陀螺仪（4），是常规直升机载激光雷达系统的组成部件，为完全消除机载平台三维姿态角振动的不利影响，在此基础上，增加了三维姿态角振动补偿装置（5）。在此三维姿态角振动补偿装置（5）上，安装了一面大尺寸激光反射镜，另外（6）为被测地形。其补偿原理为：所述高频激光脉冲测距仪（2）、一维扫描摆动振镜系统（3）、三维高精度陀螺仪（4）和三维姿态角振动补偿装置（5）均固定安装在直升机载平台（1）上。由高频激光脉冲测距仪（2）发出的激光脉冲，经一维扫描摆动振镜系统（3）反射后射向三维姿态角振动补偿装置（5），经三维角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）反射后照向被测地形（6）。由三维高精度陀螺仪（4）获得直升机载平台（1）的实时三维姿态角振动信息，提供给三维姿态角振动补偿装置（5）的控制器，使三维姿态角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）在直升机载平台（1）的三轴方向上做与姿态角振动角度相关的反向转动。在直升机载平台（1）的滚动角和俯仰角转动方向上，三维姿态角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）的转动状态为反向旋转直升机载平台（1）的滚动角和俯仰角振动值的一半；而在直升机载平台（1）的偏航角方向上，三维姿态角振动补偿装置（5）上的大尺寸激光反射镜（501）的转动状态为反向旋转实时直升机载平台（1）的偏航角振动值的相同角度，从而可实时高精度的补偿掉直升机载平台（1）三维姿态角振动，使高频激光脉冲测距仪（2）发出的经一维扫描摆动振镜系统（3）反射后的激光扫描分布完全免受直升机载平台（1）的三维姿态角振动的不利影响。

图4是用于直升机载激光雷达的三维姿态角振动补偿装置机械结构示意图。所述大尺寸反射镜（501）的长宽为100mm×100mm，采用大尺寸激光反射镜面可有效获取地面反射的激光回波，有利于直升机载激光雷达的远距离探测。所述大尺寸反射镜（501）的镜面支撑杆（502）由四根组成，采用钛合金材料制造，质量轻强度高，两两垂直均匀分布在一个平面内，并与小半球体（530）切平面紧固焊接。所述小半球体（530）是高度略低于球半径的半球体，其采用不锈钢制成，支撑凹球面立柱（522）采用磁性钢做成，可将所述小半球体（530）的球面紧紧吸住，因此所述小半球体（530）的球表面和所述支撑凹球面立柱（522）的支撑凹球面立柱相互配合，形成滑动球面接触，并且在强磁吸力的作用下，结合紧密不易分离，之间没有缝隙，可灵活的绕x和y轴自由转动，因此其运动结构相当于一个磁性球面万向轴承。所述大尺寸反射镜（501）的中心点（529）与所述小半球体（530）的球心位置始终重合，因此当所述小半球体（530）和所述支撑凹球面立柱（522）组成的磁性球面万向轴承绕x和y轴转动时，所述大尺寸反射镜（501）的所述中心点（529）的空间位置相对于机载平台始终保持不变。

其中，四个所述支撑杆（502）的端部各安装了万向连杆轴承（503）。所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的转动是由x轴直动电机（524）通过x轴驱动连杆2（525）驱动，由x轴光栅尺位移测量传感器（523）测出所述x轴直动电机（524）的实际位移，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的实际转角。在与安装所述x轴直动电机（524）支撑杆相对方向的支撑杆上，安装了x轴弹性恢复弹簧（505）和x轴阻尼器（506），与x轴驱动连杆1（504）相连，并通过x轴单轴连杆轴（507）与所述大尺寸反射镜（501）相连接，其目的是获得x轴控制系统的最优固有频率和阻尼比，改善所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的动态转动特性。所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的转动是由y轴直动电机（527）通过y轴驱动连杆2（528）驱动，由y轴光栅尺位移测量传感器（526）测出所述y轴直动电机（527）的实际位移，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的实际转角。在与安装所述y轴直动电机（527）支撑杆相对方向的支撑杆上，安装了y轴弹性恢复弹簧（509）和y轴阻尼器（510）,与y轴驱动连杆1（511）相连，并通过y轴单轴连杆轴（512）与所述大尺寸反射镜（501）相连接，其目的是获得y轴控制系统的最优固有频率和阻尼比，改善所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的动态转动特性。x轴和y轴的直动电机和弹簧阻尼器是由驱动支撑杆（508）支撑，共由四根组成，其两两垂直，均匀分布在一个平面内，并与所述支撑凹球面立柱（522）紧固焊接。所述支撑凹球面立柱（522）与立柱转动轴（521）紧固连接，具有同一转动轴，在所述立柱转动轴（521）上安装有大齿轮（514），同时所述立柱转动轴（521）的端部安装了立式滚动轴承（516），所述立式滚动轴承（516）安装在轴承座（517）中。所述三维角振动补偿装置（5）由所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）实现控制。所述大尺寸反射镜（501）绕z轴的转动是由z轴直流力矩电机（519）驱动的，所述z轴直流力矩电机（519）首先带动小齿轮（520）转动，进而所述小齿轮（520）驱动大齿轮（514）旋转，使整个镜面系统绕z轴转动，采用z轴电容式转角测量传感器（518）测量所述z轴直流力矩电机（519）的实时转角，实现所述大尺寸反射镜（501）绕z轴转动的闭环控制。所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）、z轴电容式转角测量传感器（518）和轴承座（517）均固定安装在安装底板（515）上。所述安装底板（515）在四个垂直侧面上可实现扩展，形成一个箱体，将整个系统包围起来，从而起保护、支撑和防尘作用。

图5是三维姿态角振动补偿装置的控制系统硬件结构示意图。所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）的硬件部分是基于ARM（LPC2138）控制器进行控制实现；通过串口1获得所述三维高精度陀螺仪（4）采集的直升机三维姿态角振动数据，作为三个姿态角振动补偿控制的理想输入值，采用前馈+反馈的复合控制方式以及模糊PID控制策略，对所述大尺寸反射镜（501）的三轴转角进行控制。由D/A输出口1控制所述x轴直动电机（524）运动，由所述x轴光栅尺位移测量传感器（523）获得所述x轴直动电机（524）的实时位移，通过串口2返回ARM（LPC2138）控制器，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的实时转角，形成闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）绕x轴逆向转动直升机载荷平台的滚动角实时振动值的一半，从而完全补偿直升机载荷平台在滚动角方向上对激光雷达测量点云的不利影响。由D/A输出口2控制所述y轴直动电机（527）运动，由所述y轴光栅尺位移测量传感器（526）获得所述y轴直动电机（527）的实时位移,通过串口3返回ARM（LPC2138）控制器，通过计算获得所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的实时转角，形成闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）逆向转动直升机载荷平台的俯仰角实时振动值的一半，从而可完全补偿直升机载荷平台在俯仰角方向上对激光雷达测量点云的不利影响。由D/A输出口3控制所述z轴直流力矩电机（519）转动，由所述z轴电容式转角测量传感器（518）获得所述z轴直流力矩电机（519）的实时转角，通过串口4返回ARM（LPC2138）控制器，通过闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）逆向转动直升机载荷平台的偏航角实时振动值的相同值，从而可完全补偿直升机载荷平台在偏航角方向上对激光雷达测量点云的不利影响。

以上对本发明及其实施方式的描述，并不局限于此，附图中所示仅是本发明的实施方式之一。在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造地设计出与该技术方案类似的结构或实施例，均属本发明保护范围。

Claims

1.一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿装置，其特征在于包括直升机载平台（1）、高频激光脉冲测距仪（2）、一维扫描摆动振镜系统（3）、三维高精度陀螺仪（4）、三维姿态角振动补偿装置（5）、被测地形（6）；在所述三维姿态角振动补偿装置（5）上，安装了一面大尺寸反射镜（501）；所述高频激光脉冲测距仪（2）、一维扫描摆动振镜系统（3）、三维高精度陀螺仪（4）和三维姿态角振动补偿装置（5）均固定安装在所述直升机载平台（1）上；由所述高频激光脉冲测距仪（2）发出的激光脉冲，经所述一维扫描摆动振镜系统（3）反射后射向所述三维姿态角振动补偿装置（5），经所述三维姿态角振动补偿装置（5）上的所述大尺寸反射镜（501）反射后照向所述被测地形（6）；由所述三维高精度陀螺仪（4）获得所述直升机载平台（1）的实时三维姿态角振动信息，提供给所述三维姿态角振动补偿装置（5）的控制器，使所述三维姿态角振动补偿装置（5）上的所述大尺寸反射镜（501）在所述直升机载平台（1）的三轴方向上做与姿态角振动角度相关的反向转动；在所述直升机载平台（1）的滚动角和俯仰角转动方向上，所述三维姿态角振动补偿装置（5）上的所述大尺寸反射镜（501）的转动状态为反向旋转所述直升机载平台（1）的滚动角和俯仰角振动值的一半；而在所述直升机载平台（1）的偏航角方向上，所述三维姿态角振动补偿装置（5）上的所述大尺寸反射镜（501）的转动状态为实时反向旋转所述直升机载平台（1）的偏航角振动值相同角度，从而可实时高精度的补偿掉所述直升机载平台（1）三维姿态角振动，使所述高频激光脉冲测距仪（2）发出的经所述一维扫描摆动振镜系统（3）反射后的激光扫描分布完全免受所述直升机载平台（1）的三维姿态角振动的不利影响。

2.按照权利要求1所述的一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿装置，其特征在于所述大尺寸反射镜（501）的长宽为100mm×100mm，采用大尺寸激光反射镜面可有效获取地面反射的激光回波，有利于直升机载激光雷达的远距离探测；所述大尺寸反射镜（501）的镜面支撑杆（502）由四根组成，采用钛合金材料制造，质量轻强度高，两两垂直均匀分布在一个平面内，并与小半球体（530）切平面紧固焊接；所述小半球体（530）是高度略低于球半径的半球体，其采用不锈钢制成，支撑凹球面立柱（522）采用磁性钢做成，可将所述小半球体（530）的球面紧紧吸住，因此所述小半球体（530）的球表面和所述支撑凹球面立柱（522）的支撑凹球面立柱相互配合，形成滑动球面接触，并且在强磁吸力的作用下，结合紧密不易分离，之间没有缝隙，可灵活的绕x和y轴自由转动，因此其运动结构相当于一个磁性球面万向轴承；所述大尺寸反射镜（501）的中心点（529）与所述小半球体（530）的球心位置始终重合，因此当所述小半球体（530）和所述支撑凹球面立柱（522）组成的磁性球面万向轴承绕x和y轴转动时，所述大尺寸反射镜（501）的所述中心点（529）的空间位置相对于机载平台始终保持不变。

3.按照权利要求2所述的一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿装置，其特征在于所述镜面支撑杆（502）的四个端部各安装了万向连杆轴承（503）；所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的转动是由x轴直动电机（524）通过x轴驱动连杆2（525）驱动，由x轴光栅尺位移测量传感器（523）测出所述x轴直动电机（524）的实际位移，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的实际转角；在与安装所述x轴直动电机（524）支撑杆相对方向的支撑杆上，安装了x轴弹性恢复弹簧（505）和x轴阻尼器（506），与x轴驱动连杆1（504）相连，并通过x轴单轴连杆轴（507）与所述大尺寸反射镜（501）相连接，其目的是获得x轴控制系统的最优固有频率和阻尼比，改善所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的动态转动特性；同样，所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的转动是由y轴直动电机（527）通过y轴驱动连杆2（528）驱动，由y轴光栅尺位移测量传感器（526）测出所述y轴直动电机（527）的实际位移，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的实际转角；在与安装所述y轴直动电机（527）支撑杆相对方向的支撑杆上，安装了y轴弹性恢复弹簧（509）和y轴阻尼器（510）,与y轴驱动连杆1（511）相连，并通过y轴单轴连杆轴（512）与所述大尺寸反射镜（501）相连接，其目的是获得y轴控制系统的最优固有频率和阻尼比，改善所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的动态转动特性；x轴和y轴的直动电机和弹簧阻尼器是由驱动支撑杆（508）支撑，共由四根组成，其两两垂直，均匀分布在一个平面内，并与所述支撑凹球面立柱（522）紧固焊接。

4.按照权利要求3所述的一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿装置，其特征在于所述支撑凹球面立柱（522）与立柱转动轴（521）紧固连接，具有同一转动轴，在所述立柱转动轴（521）上安装有大齿轮（514），同时所述立柱转动轴（521）的端部安装了立式滚动轴承（516），所述立式滚动轴承（516）安装在轴承座（517）中；所述三维姿态角振动补偿装置（5）由姿态角振动补偿装置控制系统（513）实现控制；所述大尺寸反射镜（501）绕z轴的转动是由z轴直流力矩电机（519）驱动的，所述z轴直流力矩电机（519）首先带动小齿轮（520）转动，进而所述小齿轮（520）驱动大齿轮（514）旋转，使整个镜面系统绕z轴转动，采用z轴电容式转角测量传感器（518）测量所述z轴直流力矩电机（519）的实时转角，实现所述大尺寸反射镜（501）绕z轴转动的闭环控制；所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）、z轴电容式转角测量传感器（518）和轴承座（517）均固定安装在安装底板（515）上；所述安装底板（515）在四个垂直侧面上可实现扩展，形成一个箱体，将整个系统包围起来，从而起保护、支撑和防尘作用。

5.按照权利要求4所述的一种直升机载激光雷达平台三维姿态角复杂振动实时补偿装置，其特征在于所述姿态角振动补偿装置控制系统（513）的硬件部分是基于ARM控制器进行控制实现；通过串口1获得所述三维高精度陀螺仪（4）采集的直升机三维姿态角振动数据，作为三个姿态角振动补偿控制的理想输入值，采用前馈+反馈的复合控制方式以及模糊PID控制策略，对所述大尺寸反射镜（501）的三轴转角进行控制；由D/A输出口1控制所述x轴直动电机（524）运动，由所述x轴光栅尺位移测量传感器（523）获得所述x轴直动电机（524）的实时位移，通过串口2返回ARM控制器，通过计算可获得所述大尺寸反射镜（501）绕x轴的实时转角，形成闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）绕x轴逆向转动直升机载荷平台的滚动角实时振动值的一半，从而完全补偿直升机载荷平台在滚动角方向上对激光雷达测量点云的不利影响；由D/A输出口2控制所述y轴直动电机（527）运动，由所述y轴光栅尺位移测量传感器（526）获得所述y轴直动电机（527）的实时位移，通过串口3返回ARM控制器，通过计算获得所述大尺寸反射镜（501）绕y轴的实时转角，形成闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）逆向转动直升机载荷平台的俯仰角实时振动值的一半，从而可完全补偿直升机载荷平台在俯仰角方向上对激光雷达测量点云的不利影响；由D/A输出口3控制所述z轴直流力矩电机（519）转动，由所述z轴电容式转角测量传感器（518）获得所述z轴直流力矩电机（519）的实时转角，通过串口4返回ARM控制器，通过闭环反馈控制，使所述大尺寸反射镜（501）逆向转动直升机载荷平台的偏航角实时振动值的相同值，从而可完全补偿直升机载荷平台在偏航角方向上对激光雷达测量点云的不利影响。