LiDAR embarqué sur UAV et importance de la trajectoire de vol
Jul 31, 2025
By Alex Knoll, CTO
Introduction
Les systèmes LiDAR embarqués sur aéronef (UAV) associent un capteur LiDAR à un récepteur GNSS et une IMU. Le LiDAR mesure les distances par temps de vol des impulsions laser, tandis que le GNSS et l’IMU enregistrent la position et l’orientation du capteur. Le LiDAR embarqué sert à créer des nuages de points 3D détaillés pour la topographie, la foresterie et l’inspection d’infrastructures. La précision repose sur la trajectoire GNSS/IMU (souvent un SBET), qui géoréférence chaque point. Des erreurs de trajectoire peuvent entraîner des décalages entre bandes, des surfaces déformées ou des biais systematiques.
La précision dépend fortement de l’IMU. Avec le temps, les erreurs accéléromètres/gyroscopes s’accumulent ; calibrer l’IMU corrige ces erreurs et limite la dérive. Rock Robotic recommande des calibrations statique et cinématique avant la capture et des manœuvres dédiées pendant le vol. Ce livre blanc explique pourquoi la procédure de génération de trajectoire—démarrage en zone dégagée, collecte statique, décollage contrôlé, ligne droite rapide, figure‑8, mission, et calibration de fin—est cruciale pour le LiDAR embarqué.
Composants d’un LiDAR embarqué
| Composant | Rôle |
|---|---|
| Scanner LiDAR | Émet des impulsions et mesure le temps de retour pour calculer les distances. Le Rock Ultra utilise un laser 1550 nm et collecte ~1 M pts/s avec portée effective 1000 m. |
| Récepteur GNSS | Positionnement haute précision ; davantage de satellites = meilleure fiabilité. |
| IMU | Mesure vitesses angulaires et accélérations. Doit être calibrée pour limiter la dérive. |
| Ordinateur embarqué | Enregistre LiDAR+GNSS+IMU, crée la trajectoire et déclenche la caméra pour la colorisation. |
Pourquoi la trajectoire est-elle déterminante ?
Géoréférencement et précision point à point
Chaque impulsion fournit une distance relative au capteur. Pour transformer ces distances en coordonnées terrestres, il faut connaître la position et l’orientation au moment exact de chaque impulsion. La trajectoire finale est généralement issue d’un GNSS PPK et d’une fusion Kalman GNSS/IMU. Une trajectoire imprécise (biais IMU, mauvaise géométrie satellites, erreur de cap) provoque décalages de bandes et surfaces vrillées.
Importance de la calibration
Sans calibration, l’IMU accumule biais et bruit conduisant à des erreurs d’orientation et de dérive. Les manuels prescrivent des manœuvres dynamiques spécifiques durant le vol de calibration (ligne droite rapide, figure‑8) pour exciter les axes roulis/tangage/lacet et réduire les incertitudes.
Procédure de trajectoire pas à pas
- Démarrer en zone dégagée: éviter masques/multipaths GNSS ; assurer un verrouillage satellites robuste avant enregistrement.
- Collecte statique GNSS/IMU: laisser l’unité enregistrer à l’arrêt pour estimer biais initiaux et cap ; fondamental pour une bonne convergence.
- Décollage contrôlé: montée verticale douce pour éviter des accélérations latérales ambiguës.
- Ligne droite rapide (> 5 m/s): aligne le cap et le vecteur vitesse ; indispensable pour réduire l’erreur de cap.
- Manœuvre en 8 (figure‑8): excite l’IMU sur les trois axes pour affiner l’orientation.
- Vol de mission: lignes parallèles à vitesse/altitude constantes ; maintenir régularité pour une densité homogène.
- Ligne droite rapide de fin: recale l’IMU et assure la continuité avec la phase statique d’atterrissage ; crucial si hot‑swap batterie.
- Atterrissage + statique: rester immobile ≥ 30 s pour affiner biais IMU et refermer proprement la trajectoire.
Discussion et implications
Gains de précision
Les sessions statiques réduisent la variance pour estimer les biais IMU. Lignes droites rapides améliorent l’observabilité du cap ; les figure‑8 réduisent les corrélations d’erreurs. Sans ces étapes, on observe dérive, désalignement et perte d’exactitude absolue.
Applicabilité R3, R3 Pro et Rock Ultra
Malgré des différences de portée/laser, toutes ces plateformes requièrent la même procédure : statique, ligne rapide, figure‑8, mission, répétition en fin de vol. C’est indispensable pour atteindre une précision centimétrique.
Conclusion
Le levé LiDAR embarqué repose sur la fusion GNSS/IMU pour produire une trajectoire précise. Les vols de calibration (statique, décollage contrôlé, ligne rapide, figure‑8, répétition en fin de mission) fournissent les observations nécessaires pour estimer les biais IMU et le cap. Suivre ces étapes assure des nuages de points de niveau topographique et évite les revols coûteux.