Geometric Modeling and Data Simulation of an Airborne LIDAR System

A LIDAR can rapidly generate 3D points by densely sampling the surfaces of targets using laser pulses, which has been efficiently utilized to reconstruct 3D models of the targets automatically. Due to this advantage, LIDARs are increasingly applied to the fields of Defense and Security, for examples, being employed to intelligently guided missiles and manned/unmanned reconnaissance planes. For the prior verification of the LIDAR applicability, this study aims at generating simulated LIDAR data. Here, we derived the sensor equation by modelling the geometric relationships between the LIDAR sub-modules, such as GPS, IMU, LS and the systematic errors associated with them. Based on this equation, we developed a program to generate simulated data with the system parameters, the systematic errors, the flight trajectories and attitudes, and the reference terrain model given. This program had been applied to generating simulated LIDAR data for urban areas. By analyzing these simulated data, we verified the accuracy and usefulness of the simulation. The simulator developed in this study will provide economically various test data required for the development of application algorithms and contribute to the optimal establishment of the flight and system parameters.

항공라이다시스템의 기하모델링 및 데이터 시뮬레이션

라이다는 레이저 펄스를 이용해서 대상표면에서 추출된 조밀한 3차원 좌표를 신속하게 취득할 수 있어서 대상물의 3차원 모델을 자동으로 생성하는 것에 효과적으로 이용된다. 이러한 장점에 힘입어 국방 및 안보 분야에서 특히 지능형 유도 미사일과 유무인 정찰기에 라이다의 적용이 빠르게 증가하고 있다. 이에 본 연구는 라이다의 활용가능성을 사전에 검증하기 위해 라이다데이터를 시뮬레이션을 통해 생성하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 라이다를 구성하는 GPS, IMU, LS의 기하모델링을 통해 레이저 펄스의 3차원 좌표를 계산하는 센서 방정식을 유도하였고, 이를 기반으로 주어진 시스템변수, 비행경로 및 자세, 시스템오차, 기준 DEM 등을 입력으로 모의 라이다데이터를 생성하는 프로그램을 개발하였다. 도심지역의 모의 라이다데이터 생성에 적용하였고, 생성된 데이터를 분석하여 시뮬레이션의 정확도 및 활용성을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 시뮬레이터는 활용 알고리즘 개발을 위해 필요한 다양한 실험 데이터를 경제적으로 제공하고, 나아가 최적의 비행 및 시스템 변수의 설정에 기여할 수 있다.