CN101034155A - 提高飞行时间测量设备的测量速率 - Google Patents

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CN101034155A CNA2006101528335A CN200610152833A CN101034155A CN 101034155 A CN101034155 A CN 101034155A CN A2006101528335 A CNA2006101528335 A CN A2006101528335A CN 200610152833 A CN200610152833 A CN 200610152833A CN 101034155 A CN101034155 A CN 101034155A
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Abstract

公开了一种用于测量到表面的距离的设备。该设备在接收先前发送的光脉冲的反射之前发射至少一个后续光脉冲。因此，多个光脉冲在给定时间飞行。实施例可应用于地形测绘、海洋测深学、地震学、检测故障、生物量测量、风速测量、温度计算、交通速度测量、军事目标识别、地对空测距、高清晰度勘测、近距离摄影测量学、大气组成、气象学、距离测量以及许多其它应用。这样的设备的实例包括激光测距系统，如光检测和测距(LIDAR)系统，以及激光扫描器。由数据处理单元从该设备接收的数据可用来创建描述表面、地形和/或物体的数据模型，如点云、数字表面模型或数字地形模型。

Description

提高飞行时间测量设备的测量速率
技术领域
本发明涉及飞行时间测量设备和方法。
背景技术
发光装置如激光器已在各种应用中用作收集信息的传感器部件。例如，飞行时间测量设备如激光扫描器以及光检测和测距设备(下文中称为“LIDAR”)已用于许多应用。这样的应用的实例包括地形测绘、海洋测深学、地震学、检测故障、生物量测量、风速测量、差异吸收LIDAR(DIAL)、温度计算、交通速度测量、军事目标识别、地对空测距、高清晰度勘测、近距离摄影测量学、大气组成、气象学、距离测量以及许多其它应用。
LIDAR已越来越多地用于地理区域的勘测和地形学测绘，例如，使用安装在运载工具如飞行器或卫星中的向下观察的LIDAR装置。这样的LIDAR装置用来使用光脉冲确定到表面如地形表面或物体表面的距离。到该表面的距离通过测量发射光脉冲与检测到对应反射信号之间的时间延迟来确定。在这样的系统中，光速用作使用光行进时间来计算距离的已知常数。
空载LIDAR系统已用于从空中直接测量地面以及自然和人造物体。典型地，诸如激光距离和返回信号强度测量的数据，连同从空载GPS和惯性子系统得到的位置数据和姿态数据，由飞行中的LIDAR系统记录。所生成的数据模型可包括高空间分辨率“点云”，“点云”还可以产生林木植被(tree cover)下的细节并且提供用于航空影像的正射校正(orthorectification)(使用标准化的软件包)的“裸露大地”地形模型。当飞行器飞过投影区域时，光脉冲以高速率一个接一个地向地面发射。这些光脉冲被地面和/或地面上的物体如树和建筑物反射。
激光扫描器还用来获得描述表面如物体表面的数据模型。激光扫描器的一个实例在美国专利No.6,734,849中公开，其内容通过引用结合于此。激光扫描器如在美国专利No.6,734,849中公开的激光扫描器可用来采集形成描述扫描表面的点云的点。
根据这些传统实施例，后续光脉冲并不发送，直到接收到来自前一光脉冲的返回反射信号。对于每个光脉冲，测量发射信号和返回信号之间的经过时间，这使得能够计算竖直或倾斜距离。反射表面的位置可基于如下来计算：(1)发射光脉冲的相对于系统的角度；(2)系统相对于大地的取向，以及(3)系统的当前位置。随着测量的进行，可捕获来自这样的激光发射的通常以百万计的数据，并且可记录描述反射表面的附加数据模型，从而提供例如密集数字地形模型(DTM)或数字表面模型(DSM)。然而，这些传统实施例受到关于可发送和接收光脉冲的速率的限制。
发明内容
飞行时间测量设备包括配置成发射光的激光器和配置成接收光的光接收器。飞行时间测量设备进一步包括配置成使得激光器在发射第二光脉冲之前发射第一光脉冲的激光器控制电路。激光器控制电路进一步配置成使得激光器在光接收器接收反射的第一光脉冲的时间之前发射第二光脉冲。飞行时间测量设备进一步包括经过时间电路，该经过时间电路配置成测量激光器发射第一光脉冲与光接收器接收第一光脉冲的反射部分之间的经过时间。
公开了一种用于采集描述地形的信息的系统。该系统包括配置成在接收先前发射的光脉冲的反射部分之前发射至少一个后续光脉冲的LIDAR系统。
公开了一种用于获取描述表面的数据的方法。该方法包括发射第一光脉冲。该方法进一步包括在发射第一光脉冲之后发射第二光脉冲。该方法进一步包括在发射第二光脉冲之后接收第一光脉冲的反射部分。该方法进一步包括通过确定发射第一光脉冲与接收第一光脉冲的反射部分之间的经过时间来确定第一光脉冲的飞行时间。
本发明的这些和其它特征根据下面的描述和所附的权利要求而将变得更为显而易见，或可以通过如下文中所阐明的本发明的实践而习知。
附图说明
为了进一步阐明本发明的以上和其它特征，将参考在附图中图示的本发明的特定实施例提供本发明的更具体的描述。应当理解，这些附图仅描绘了示例性实施例，并因此不应视为对本发明的范围构成限制。将通过使用附图、利用附加的特征和细节来描述和解释这些示例性实施例，在附图中：
图1图示了根据一示例性实施例的飞行时间测量设备；
图2图示了用于在飞行时间测量设备中发射和接收信号的方法；
图3图示了用于采集地形学信息的系统；以及
图4图示了用于获取描述地形的数据的方法。
具体实施方式
这里描述的实施例的原理描述了几个用来说明本发明的实例的结构和工作。应当理解，附图是这样的示例性实施例的概略性和示意性表示，并因此不对本发明的范围构成限制，附图也不必要按比例绘制。将众所周知的装置和过程排除在外，以避免将讨论淹没在本领域技术人员公知的细节中。
参考图1，图示了飞行时间测量设备100，如激光扫描或LIDAR系统。飞行时间测量设备100包括光发射器105，如激光器，和光接收器110，如光电二极管。光发射器105和光接收器110电耦合到电路115。第一光脉冲120由光发射器发出，反射离开表面140，并由光接收器110接收，如图1所示。在发射第一光脉冲120之后，但在光接收器110接收第一光脉冲120之前，光发射器105发射第二光脉冲125。在光接收器110接收第一光脉冲120的反射部分之后，光接收器110将接收第二光脉冲125的反射部分。可以在光接收器110接收第一光脉冲120或第二光脉冲125的反射部分之前发射附加的光脉冲。例如，光发射器105可以在光接收器110接收第一光脉冲120的反射部分的时间之前或与该时间同时发射第三光脉冲130。因此，在工作期间，多个光脉冲，例如三个、四个或更多光脉冲可以同时在光发射器105与光接收器110之间飞行。结果，相对于传统系统，给定时间量内的光脉冲数目和对应的距离测量可以得到增加。
此特征是非常有利的，特别是当承载飞行时间测量设备的运载工具在任何单独激光脉冲通常限制可获得的最大脉冲速率的较高高度飞行时。此影响可能是显著的。例如，光速将仅能够进行顺序测距操作的系统的最大脉冲速率限制为在地平面以上(AGL)6000m的高度处大约18kHz，而在低于500m AGL的高度处可获得150+kHz。本发明的结果是：给定激光脉冲速率的飞行高度可以增至两倍、增至三倍等(依赖于同时处理的脉冲数目)，或相反，给定飞行高度的最大脉冲速率可以增至两倍，增至三倍等。
电路115可包括经过时间电路，该经过时间电路配置成测量光发射器105发射第一光脉冲120与光接收器110接收第一光脉冲120的反射部分之间的时间。电路115可进一步包括数据处理装置，配置成计算第一光脉冲120的反射部分所行进的距离。例如，根据下面的方程，发射第一光脉冲120与光接收器110接收第一光脉冲120的反射部分之间的经过时间指示从飞行时间测量设备100到表面140的距离：
          距离＝(光速×经过时间)/2            方程1
在脉冲以一角度发射到表面140的情形下，可测量出该角度，并且可使用公知的三角学方程来计算出飞行时间测量设备100与反射点处的表面140之间的垂直距离(即斜距)。例如，扫描子组件135如镜、棱镜、全息光学元件或指示设备(例如万向架(gimbal))可用来将光脉冲120、125和130导向表面140。可改变扫描子组件135导引光脉冲120、125和130的角度，使得光脉冲120、125和130被导向表面140的不同位置。可测量扫描子组件135导引光脉冲120、125和130的角度，以提供扫描角。可替选地，具有到达时间输出的2D LIDAR检测阵列还可以与透镜和/或全息元件结合使用，以实现接收反射的角度的测量。扫描子组件135在各实施例中不是必需的，并可以被排除在飞行时间测量设备100之外。
电路115可进一步包括耦合到光发射器105并且耦合到光接收器110以便为每个光脉冲120、125和130建立飞行时间的定时电路。该定时电路可配置成在一时间间隔期间对来自光接收器110的电子信号进行采样，该时间间隔近似为其间预期接收到光脉冲120、125和130的反射部分的时间。在飞行时间测量设备100与表面140之间的距离已知或可以估算时，可以近似计算该时间间隔。例如，当飞行时间测量设备100将光脉冲导引至表面140的不同部分、并且表面140的最高点和最低点已知或可以估算时，可以近似计算发射光脉冲和接收光脉冲之间的经过时间。因此，仅需要在此时间段期间对来自光接收器110的信号采样。
例如，参考图2，图示了用于在飞行时间测量设备中发射和接收信号的方法。在时间T0发射第一光脉冲120。在时间T0发射第一光脉冲之后，但在接收第一光脉冲120的反射部分之前，在时间T1发射第二光脉冲125。在时间T1发射第二光脉冲125之后，在时间T2接收第一光脉冲120的反射部分。如上所述，当测距系统与表面之间的距离已知或可以估算时，可能不必要对来自光接收器的信号连续地采样。更确切地说，可以在其间预期接收到信号的特定间隔150(其还可以称为“测距门”或“采样门”)期间对光接收器进行采样。此外，在某些情形下，可能接收不到返回信号，例如当光脉冲被远离光接收器而导引时。在此情形下，在间隔150内将接收不到信号，并且可以使得将噪声、干扰或另一信号误认为返回信号的可能性最小。
可以实施任何用于将所接收的信号与所发射的信号相关联的方法。例如，可以调制、偏振和/或发送具有不同波长的信号。可以调制信号以便使用信号的调制来将发射信号与接收信号相关联。可以调制信号的振幅、相位和/或频率以将接收信号与发射信号相关联。例如，参考图2，信号120可以用第一振幅、相位和/或频率来调制，而信号125可以用不同于信号120的振幅、相位和/或频率来调制。因此，在T2和T3接收的返回信号120和125可以基于发射和接收信号的调制而与在T0和T1发送的它们的发射信号相关联。
还可以实施信号的偏振以将发射信号与接收信号相关联。例如，参考图2，信号120可具有第一偏振，而信号125可具有不同于信号120的偏振。因此，在T2和T3接收的返回信号120和125可以基于发射和接收信号的偏振而与在T0和T1发送的它们的发射信号相关联。
还可以实现具有不同波长的信号以将发射信号与接收信号相关联。例如，参考图2，信号120可具有第一波长，而信号125可具有不同于信号120的波长。因此，在T2和T3接收的返回信号120和125可以基于发射和接收信号的波长而与在T0和T1发送的它们的发射信号相关联。
交叉参考图1和图2，电路115可测量光脉冲120、125和130的发射和接收之间的经过时间。例如，电路115可通过测量在时间T0发射第一光脉冲120的时间与在时间T2接收第一光脉冲120的反射部分的时间之间的经过时间(即T2-T0)来确定第一光脉冲120的飞行时间。类似地，电路115可通过测量在时间T1发射第二光脉冲125的时间与在时间T3接收第二光脉冲125的反射部分的时间之间的经过时间(即T3-T1)来确定第二光脉冲125的飞行时间。电路115还可包括采样电子器件，该采样电子器件可连续记录连同定时信息如时间戳的从接收器110接收的样本，并且记录连同用于后处理的定时信息的样本。可存储并随后处理所记录的信息以确定接收脉冲与发射脉冲之间的关联并因此根据所记录的信息得到距离和/或表面模型。
采样数据可进一步包括波形(即强度分布)。电路115可进一步包括强度波形记录装置和/或峰值强度记录装置。这里讨论的任何装置或公知为与飞行时间测量装置或某个应用共同组合的其它装置，可以利用这里公开的实施例而组合为单个装置。波形记录装置的一个实施例可考虑为类似于连同数字采样装置的示波器。波形记录装置可包括从接收器110接收样本并且记录用于实时分析和/或后处理的波形信息的电路115。强度记录装置还可包括从接收器110接收样本并且记录用于实时分析和/或后处理的强度信息的电路115。
这里说明的实施例还可包括计算机可读介质，用于承载计算机可执行指令或数据结构或使计算机可执行指令或数据结构存储在其上。这样的计算机可读介质可以是可以由通用或专用计算机存取的任何可用介质。举例来说但非限制地，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储装置、或可用来承载或存储计算机可执行指令或数据结构的形式的所需数据和程序代码装置并且可以由通用、专用计算机或其它数据处理装置存取的任何其它介质。计算机可执行指令包括例如使通用、专用计算机或其它数据处理装置执行某个功能或某组功能的指令和数据。
电路115可包括数据处理装置，用于执行存储在存储器中的指令、用于执行计算、存储和从存储器中检索数据，以及用于执行这里描述的其它任务。例如，电路115可包括传统或专用计算机或者具有数据处理器、存储器和用户接口的其它数据处理装置。
参考图3，图示了包括用于采集地形学信息的系统的飞行时间测量设备。该系统包括承载LIDAR 305的飞行器300类型的运载工具、GPS310类型的位置测量单元以及IMU 315类型的取向测量单元。LIDAR 305配置成在接收先前发射的光脉冲的反射部分之前发射至少一个后续光脉冲，例如参见图1和图2。从LIDAR 305发射的光脉冲可以以扫描角320发射以便对表面325的部分进行距离和/或强度测量。被采样的表面325的部分可以与LIDAR 305的扫描角320相关。可以考虑LIDAR 305的扫描角320来确定表面325的轮廓并根据使用公知三角方程获得的数据来产生后续数据模型，如点云、DSM或DTM。LIDAR 305可产生林木植被下的细节、夜晚“所见”和正射校正影像(利用软件)。
GPS 310可以从多个卫星330接收信号并根据从卫星330接收的信号计算位置数据。GPS可包括任何位置测量装置。位置数据可包括描述给定时间点的飞行器300的位置的纬度、经度和高程数据。IMU 315可测量飞行器300的姿态的变化并且可包括任何取向测量装置。例如，IMU315可测量飞行器300的俯仰、滚转和航向的变化。
飞行器可包括电路335，其用于处理从LIDAR 305、GPS 310和/或IMU 315接收的数据以创建描述表面325的高空间分辨率数据模型。例如，当飞行器300飞过包括表面325的投影区域时，以高速率向地面发射光脉冲，使得多个光脉冲在同一时间飞行。这些光脉冲被表面325和/或表面325上的物体如树和建筑物反射。对于每个光脉冲，测量发射信号与返回信号之间的经过时间，这使得能够计算距离。同时，利用空载GPS 310和IMU 315测量飞行器300的位置和姿态。GPS地面参考站340也可用于增大精度。
除了记录光脉冲的往返经过时间之外，还可以记录返回的反射的强度。强度信息可以以图表的形式绘制、由与正射影像的过程类似的过程生成。当光脉冲不仅仅遇到表面325时，其可被附加的物体例如电缆和树反射。可针对每个光脉冲记录附加的返回信号，生成关于采样区域的信息。在飞行器中实施的或在数据采集任务之后实施的后处理固件和/或软件还可以将飞行器轨迹与光脉冲扫描数据相组合来计算数据点的地面坐标并且如果需要则变形为用户偏好的投影和基准(datum)。根据同时传播通过大气的多个激光脉冲的时间间隔测量的处理不局限于检测在一时间间隔(例如参见图2中的时间间隔150)期间发生的离散的单个或多个返回反射脉冲。记录可能在任何时间间隔期间存在的整个返回信号波形(例如对于图2中的返回反射120、125、130)的系统也获得了处理多个脉冲的优点。
后处理固件和/或软件可以将从LIDAR 305、GPS 310和IMU 315接收的数据与描述大气状况、硬件特性和其它相关参数的信息相组合以便为地面上的点生成一系列XYZ坐标三元组(任选地利用返回信号强度数据)。随着数据采集任务的进行，可捕获到百万个这样的点，从而提供DTM。
参考图4，图示了用于获取描述表面如地形表面或物体表面的数据的方法。该方法包括发射第一光脉冲(400)。第一光脉冲可由激光器发射并且可具有向着表面的某个轨迹和扫描角。在发射第一光脉冲之后发射第二光脉冲(410)。在这里公开的任何实施例中，第二光脉冲与第一光脉冲可以由同一激光器发射，或者第二光脉冲与第一光脉冲可以由不同的激光器发射。第二光脉冲可具有与第一光脉冲不同的轨迹和扫描角并且被导向表面的不同位置。在发射第二光脉冲之后接收第一光脉冲的反射部分(420)。因此，在接收第一光脉冲之前，至少第一和第二光脉冲同时“飞行”。可发射附加的光脉冲，并且这里公开的实施例不局限于仅两个光脉冲在同一时间“飞行”。因此，三个、四个或更多个光脉冲可以在同一时间“飞行”并且可以由同一激光器或不同的激光器发射，并且发射光脉冲的反射部分可以由同一接收器或不同的接收器接收。光脉冲可具有不同的波长，可被调制和/或偏振以将接收信号与发射信号相关联。可以在如前面参考图2所讨论的某些间隔(即门)期间进行接收器的采样。
接收第二光脉冲的反射部分(430)。确定第一光脉冲的飞行时间(440)。可通过测量发射第一光脉冲与接收第一光脉冲的反射部分的时间之间所经过的时间来确定第一光脉冲的飞行时间。还可以确定第二光脉冲的飞行时间(450)。可通过测量发射第二光脉冲与接收第二光脉冲的反射部分的时间之间所经过的时间来确定第二光脉冲的飞行时间。可使用每个光脉冲的飞行时间来计算第一和第二光脉冲的行进距离(460)。例如，可使用上面的方程1来计算每个光脉冲的行进距离。可使用飞行距离来创建数据模型，如点云、DSM或DTM(470)。数据模型可将第一和第二光脉冲的倾斜角考虑在内并且可包括从附加光脉冲接收的数据，例如数百万个光脉冲可用来创建数据模型。
可使用激光器发射光脉冲，并且可使用检测器来检测光脉冲的反射部分，如雪崩光电二极管、PIN光电二极管、光电倍增器、通道倍增器、真空二极管、具有到达时间输出的成像阵列或本领域技术人员公知的任何其它类型的检测器。可以在某些时间段期间对检测器采样，其中所述时间段具有至少部分基于飞行器与感测表面之间的最大和最小距离来计算的时序和持续时间。例如，当飞行器在其上飞行的地面的最高点为700英尺且最低点为海平面上0英尺时，可估算采样时间段的时序和持续时间。接收脉冲返回部分的预期时间至少部分基于光速和飞行器高于地面的高度范围。
激光器和接收器可以是激光测距系统的部分，例如参见图1和图2，并且激光测距系统可产生描述光脉冲的发射和接收的电子信号。可以从GPS和IMU接收附加信息，该附加信息描述运载工具、如图3中所示其中承载有LIDAR、GPS和IMU的飞行器的位置和姿态。可以至少部分基于从LIDAR、GPS和IMU接收的数据来创建点云或DTM。
尽管已结合用于收集描述物体表面和地形的信息的应用而描述了这里所讨论的设备，但应当理解，上述设备可用于各种其它应用，诸如但不限于地震学、检测故障、生物量测量、风速测量、温度计算、交通速度测量、军事目标识别、大气研究、气象学、距离测量以及许多其它应用。
根据这里的教导的飞行时间测量装置设备可包括激光扫描器，如在美国专利No.6,734,849中公开的激光扫描器，该专利的内容已通过引用结合于此。激光扫描器如在美国专利No.6,734,849中公开的激光扫描器可用来通过在发射第二光脉冲之前发射第一光脉冲、使得在激光扫描器的光接收器接收第一光脉冲的反射部分的时间之前发射第二光脉冲来采集形成点云的点。计算机可将上述点在显示器上显示为点云，显示器包括这样的装置，如监视器、投影屏幕和立体眼镜。通过显示上述点，计算机根据众所周知的原理基于来自软件的指令来分配像素值。点云中的每个点可表示真实场景中从该场景中的物体表面上的点到激光扫描器的距离。
本发明可以以其它特定形式实施而不背离其精神或基本特性。所描述的实施例应在所有方面视为仅仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述来指示。所有落入权利要求的等同者的含义和范围内的变化将包括在权利要求的范围内。

Claims (34)

1.一种飞行时间测量设备，包括：
激光器，配置成发射光；
光接收器，配置成接收光；
激光器控制电路，配置成使所述激光器在发射第二光脉冲之前发射第一光脉冲，所述激光器控制电路进一步配置成使所述激光器在所述光接收器接收所述第一光脉冲的反射部分的时间之前发射所述第二光脉冲；以及
经过时间电路，配置成测量所述激光器发射所述第一光脉冲与所述光接收器接收所述第一光脉冲的反射部分之间的经过时间。
2.根据权利要求1的飞行时间测量设备，进一步包括：
数据处理装置，配置成至少部分基于所述经过时间来计算所述设备与表面之间的距离。
3.根据权利要求1的飞行时间测量设备，进一步包括：
扫描子组件，配置成以不同扫描角导引由所述激光器发射的所述第一和第二光脉冲。
4.根据权利要求1的飞行时间测量设备，进一步包括：
耦合到所述光接收器的定时电路，所述定时电路配置成在第一时间间隔期间对来自所述光接收器的电子信号进行采样，所述第一时间间隔至少部分基于从激光测距系统到所述表面的一个范围的距离以及所述第一光脉冲的扫描角而近似为一时间，估计所述光接收器在该时间期间接收到所述第一光脉冲的反射部分。
5.根据权利要求4的飞行时间测量设备，其中所述定时电路进一步配置成在第二时间间隔期间对来自所述光接收器的电子信号进行采样，所述第二时间间隔至少部分基于从所述激光测距系统到所述表面的所述范围的距离以及所述第二光脉冲的扫描角而近似为一时间，估计所述光接收器在该时间期间接收到所述第二光脉冲的反射部分。
6.根据权利要求1的飞行时间测量设备，进一步包括配置成从所述光接收器接收离散返回反射脉冲、多个反射脉冲或整个返回反射脉冲波形的特性的采样电子器件。
7.根据权利要求1的飞行时间测量设备，其中所述激光器控制电路进一步配置成使所述激光器在发射所述第一光脉冲之后但在所述光接收器接收所述第一光脉冲的反射部分的时间之前发射至少一个附加的光脉冲。
8.根据权利要求1的飞行时间测量设备，其中所述经过时间电路进一步配置成计算所述激光器发射所述第二光脉冲与所述光接收器接收所述第二光脉冲的反射部分之间的时间，其中在所述光接收器接收所述第二光脉冲的反射部分之前，所述光接收器接收所述第一光脉冲的反射部分。
9.一种包括根据权利要求1的飞行时间测量设备的激光测距系统，所述激光测距系统进一步包括以下的至少一个或任意组合：
支持所述激光测距系统的运载工具；
位置测量单元；
惯性测量单元；以及
扫描子系统。
10.一种包括权利要求1中所述的飞行时间测量设备的激光扫描器。
11.一种用于采集描述地形的信息的系统，该系统包括：
光检测和测距(LIDAR)系统，配置成在接收先前发射的光脉冲的反射部分之前发射至少一个后续光脉冲。
12.根据权利要求11的系统，进一步包括以下的至少一个或任意组合：
承载所述LIDAR系统的运载工具；
位置测量单元；以及
取向测量单元。
13.根据权利要求12的系统，其中所述LIDAR系统进一步包括：
激光器，配置成发射所述光脉冲；
光接收器，配置成在发射所述至少一个后续光脉冲之后接收所述先前发射的光脉冲的反射部分；以及
经过时间电路，配置成计算发射所述第一光脉冲与所述光接收器接收所述第一光脉冲的反射部分之间的经过时间。
14.根据权利要求12的系统，其中所述位置测量单元从多个卫星接收信号并且根据从所述卫星接收的信号来计算所述运载工具的位置数据，其中所述位置数据包括纬度、经度和高程数据；并且其中所述取向测量单元计算所述运载工具的姿态数据，所述姿态数据包括航向数据、俯仰数据和滚转数据。
15.根据权利要求12的系统，进一步包括：
数据处理单元，配置成从所述LIDAR接收距离数据，所述数据处理单元进一步配置成从所述取向测量单元接收俯仰、滚转和航向数据，所述数据处理单元进一步配置成从所述位置测量单元接收纬度、经度和高程数据。
16.根据权利要求15的系统，其中所述数据处理单元进一步包括存储在计算机可读介质上的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令配置成使所述数据处理单元至少部分基于从所述LIDAR、位置测量单元和取向测量单元接收的数据来创建描述地形的数字地形模型(DTM)或点云。
17.根据权利要求12的系统，其中所述位置测量单元是全球定位系统(GPS)，且所述取向测量单元是惯性测量单元(IMU)。
18.一种用于获取描述表面的数据的方法，该方法包括：
发射第一光脉冲；
在发射所述第一光脉冲之后发射第二光脉冲；
在发射所述第二光脉冲之后接收所述第一光脉冲的反射部分；以及
通过确定发射所述第一光脉冲与接收所述第一光脉冲的反射部分的时间之间的经过时间来确定所述第一光脉冲的飞行时间。
19.根据权利要求18的方法，进一步包括：
在接收所述第一光脉冲的反射部分之后接收所述第二光脉冲的反射部分；以及
通过确定发射所述第二光脉冲与接收所述第二光脉冲的反射部分的时间之间的时间来确定所述第二光脉冲的飞行时间。
20.根据权利要求19的方法，进一步包括：
计算所述第一光脉冲的行进距离；以及
计算所述第二光脉冲的行进距离。
21.根据权利要求18的方法，其中所述光脉冲使用激光器来发射。
22.根据权利要求18的方法，其中在预定时间段期间对所述反射部分采样，其中所述预定时间段的持续时间和时序至少部分基于飞行器与所述飞行器之下的地面之间的最大和最小距离以及所述第一和第二光脉冲的扫描角来计算。
23.根据权利要求17的方法，进一步包括对所述第一光脉冲进行调制、使所述第一光脉冲偏振或采用所述第一光脉冲的特定波长。
24.根据权利要求23的方法，进一步包括基于所述第一光脉冲的反射部分的调制、偏振或波长来将所述第一光脉冲的反射部分与所发射的第一光脉冲相关联。
25.根据权利要求23的方法，进一步包括不同于所述第一光脉冲地对所述第二光脉冲进行调制、使所述第二光脉冲偏振或采用所述第二光脉冲的光波长。
26.根据权利要求18的方法，其中所述光脉冲由光检测和测距(LIDAR)系统发射，该方法进一步包括：
从所述LIDAR接收描述所述第一光脉冲的飞行时间的信号；
从位置测量单元接收描述运载工具的位置的信号，所述运载工具中承载有所述LIDAR单元和位置测量单元；以及
从取向测量单元接收描述所述运载工具的姿态变化的信号。
27.根据权利要求26的方法，进一步包括：
至少部分基于从所述LIDAR、取向测量单元和位置测量单元接收的信息来创建数字地形模型(DTM)。
28.根据权利要求18的方法，进一步包括：
创建描述所述表面的数字地形模型(DTM)、数字表面模型(DSM)或点云模型。
29.根据权利要求18的方法，进一步包括：
将描述离散返回反射脉冲、多个反射脉冲或整个返回反射脉冲波形的信息记录在计算机可读介质中。
30.根据权利要求18的方法，进一步包括：
执行对所述第一、第二和后续光脉冲的反射部分的波形分析。
31.根据权利要求18的方法，进一步包括：
测绘地形、进行海洋测深学研究、进行地震学研究、检测故障、测量生物量、测量风速、进行臭氧测量、计算温度、测量交通速度、识别目标、执行地对空测距、勘测、进行近距离摄影测量学研究、分析大气、进行气象学研究或测量距离。
32.根据权利要求18的方法，进一步包括：
在接收先前发射的光脉冲的反射部分之前发射至少两个后续光脉冲；以及
确定每个光脉冲的飞行时间。
33.一种具有存储在所述计算机可读介质上的计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令配置成使计算机创建权利要求28中的所述DTM、DSM或点云模型。
34.配置成根据权利要求18的方法来控制至少一个激光器的光发射的电路。
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