作为五大运输行业之一的管道运输系统，因其快捷、经济、环保等优点，在国民经济中占据越来越突出的地位。由于我国天然气开发主要位于西部偏远地区，生产与下游用气地区输气距离远，许多输气管线穿越丘陵和沙漠等地形复杂和地质灾害多发地区，由于管道的自然寿命和人为破坏等因素的影响使得管线事故发生率高、事故造成的经济损失大，环境灾害严重。目前实际应用中借助现场传感器检测和巡线员巡查的管道监测技术由于受到输气管线所经过场地的限制，经济投入大、维护工作困难等原因而不适应实际需求。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的激光遥感检测管道泄漏技术由于具有灵敏度高、检测气体选择单一、可搭载到移动平台上遥感扫描的特点而在管道泄漏检测方面存在巨大优势。本文在国家“863”计划的支持下研究将该新型移动激光遥测气体传感技术应用于长输油气管线泄漏检测中，重点研究机载条件下保证泄漏检测有效的检测激光对埋地管道的对准跟踪及其相关技术。　　通过对管道泄漏激光遥感检测原理的分析，设计了机载激光管道对准位姿调整机构，用于装夹泄漏检测仪并使检测装置的敏感元件对准地面管道。为降低对准精度对检测结果的影响，利用光束微调整机构，让光束沿垂直于管线方向作“S”型扫描动作；通过调整扫描角度，调整激光对管道扫描宽度，把对管线的对准变为对区域的扫描；通过控制载机的飞行速度或调整光束的扫描速度，可以改变对管道区域扫描频率，保证检测激光能通过泄漏气团；对机构进行运动学、动力学分析和机载动力载荷下结构的强度分析，验证了对准伺服机构在轻量化设计的前提下机构设计的可靠性，为机载激光检测管道泄漏系统伺服机构的设计提供依据。　　机载巡检天然气管线泄漏技术研究的关键技术之一是在载机运动过程中，如何实现检测激光对地面油气管道的实时对准。为此，利用机载传感器采集到的载机位置和姿态信息，借助计算机系统分析地面检测管道和载机的位姿关系，计算出激光束指向检测管道的角度。　　对影响对准精度的因素进行分析，仿真分析了载机位姿误差对激光对准管道精度的影响，得出载机位姿误差为定位点敏感误差，实际使用中必须控制载机位姿误差。为解决因载机高速运动引起的控制量滞后问题和载机位置信号被遮挡时的控制稳定性，基于“当前”统计模型建立载机的运动方程，采用基于鲁棒H∞滤波器对载机运动状态进行滤波和预测。仿真结果表明，该方法能够有效地克服载机模型变化以及随机噪声和干扰不确定性的影响，达到了较高的预测滤波精度，具有良好的滤波预测效果和鲁棒性能，能够为机载激光自动对准管道的实施提供有效的载机运动状态参考预测值。　　基于检测仪探测灵敏度和保证激光能对管线进行全方位扫描，对载机的飞行路线和飞行方位进行规划。基于检测仪的检测灵敏度得出载机的飞行高度与偏离管道距离的关系；基于保证检测管道不漏检确定载机的具体飞行方位，用对称回旋曲线对规划轨迹进行平滑设计；使用基于BLP的路径规划方法，实现载机避碰的实时路径规划，为机载激光有效检测管道泄漏提供保障。　　提出以PC+运动控制卡+伺服驱动器为核心的控制系统架构，完成了机载测控系统软件、硬件的开发和测试。采用Visual C++软件设计并开发了机载激光检测管道泄漏系统监控平台，实现对机载激光检测管道泄漏系统载机飞行路径的规划、机载激光对检测管道的对准跟踪、泄漏点位置以及沿途检测管道周围大气中的甲烷浓度的监控。　　搭建了机载激光自主对准跟踪管线的平台，对系统分别进行了静态对准性能和动态对准性能测试，与中国科学院安徽光学精密机械研究所联合，进行管线泄漏检测联调试验。试验表明该系统可完成机载激光对埋地管道的自主对准，能检测出天然气管线的泄漏并准确报出泄漏点位置。将该系统用于长输油气管线泄漏检测，可以降低由于管线泄漏造成的损失，减少泄漏造成的环境污染，具有显著的环境效益和社会效益，应用前景广阔。