[发明专利]一种机载激光扫描系统误差标定方法

说明书

本发明属于机载激光扫描几何定位技术领域，尤其公开了一种机载激光扫描系统误差标定方法，现提出如下方案，包括误差标定步骤，对GNSS数据进行周跳的探测与修复，实现如下，GNSS数据包括机载数据和地面基准站数据，保证数据的完整性；采用模糊度辅助桥接方法进行周跳探测修复，假定前一个历元模糊度使定位达到较小方差，那么该组模糊度也满足后一历元，所以可以根据后一历元定位方差是否趋近于零来判断周跳，对GNSS数据进行差分处理，确定GNSS双差观测方程整周模糊度，建立标定数学模型。本发明毋需单独布设控制场，简单易行、能够提高系统误差标定的自动化，减少了作业时间，提高了作业效率。

技术领域

本发明涉及机载激光扫描几何定位技术领域，尤其涉及一种机载激光扫描系统误差标定方法。

背景技术

激光扫描测量技术是空间数据获取的一种重要技术手段，也是近几年的一个研究热点，将其搭载到移动平台上，能够快速获取高精度的三维地理坐标数据，是最先进的三维地理数据获取手段之一。机载激光扫描系统集成了激光扫描器、GNSS定位系统，惯性测量装置IMU，通过GNSS/IMU组合可以确定移动平台的三维位置和三个姿态(俯仰角、横滚角、航行角)信息，将其和激光扫描器获取的本体坐标结合，即可计算出扫描到的地面点统一地理坐标。然而，在进行地理坐标计算时，由于激光器本体坐标系与GNSS/IMU组合结果所参考的坐标原点不同，参考坐标系的坐标轴指向也相互不平行，造成获取的地理坐标存在系统误差。其表现出来为两次对同一个目标扫描获取的地理坐标值不一致。求解激光扫描坐标系与GNSS/IMU定位结果之间的平移与旋转，从而消除激光扫描系统获取地理坐标的系统误差，这一过程称为机载激光扫描系统误差标定。

目前机载激光扫描系统误差标定有布设控制场方法和重复扫描法。布设控制场方法是设计合理分布的特定标志点，先用高精度全站仪精确测量各标志点的三维坐标，然后用机载激光扫描系统对控制场进行扫描，从扫描的点云中提取标志点坐标，通过与全站仪观测的实际坐标之间建立数学关系，从而求解系统误差参数。布设控制场需要花费大量的人力、物力，在数据采集前或采集后必须对控制场进行扫描，标定过程缺乏灵活性，控制场也需要定期的维护。重复扫描法通过对同一场景多次扫描，利用同一点的地理坐标应该相等这一约束条件进行标定，无需布设控制场。然而，由于激光扫描系统的不确定性，即使对同一场景进行两次扫描，获取的扫描点也不会一一对应，造成实际扫描的区域大小，点的数量等都不一致，因此在两次扫描结果中找到同一扫描点是十分困难的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种机载激光扫描系统误差标定方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种机载激光扫描系统误差标定方法，包括误差标定步骤，

S1，对GNSS数据进行周跳的探测与修复，实现如下，GNSS数据包括机载数据和地面基准站数据，在使用这些数据完成定位前，首先对载波相位观测值进行周跳的探测和修复，保证数据的完整性；采用模糊度辅助桥接方法进行周跳探测修复，假定前一个历元模糊度使定位达到较小方差，那么该组模糊度也满足后一历元，所以可以根据后一历元定位方差是否趋近于零来判断周跳；

S2，对GNSS数据进行差分处理，实现如下，对机载GNSS数据和地面基准站GNSS数据转换为标准数据交换格式，对同步观测的卫星观测值进行求差，在此基础上，选择高度角最大的卫星作为参考卫星，再将其他卫星的观测值与参考卫星观测值求差，即可得到双差观测值；

S3，确定GNSS双差观测方程整周模糊度，实现如下，实现高精度定位必须采用载波相位观测值，其整周模糊度的确定是一个关键问题，在周跳探测的基础，组成双差观测值，采用递推滤波方式确定整周未知数，实现高精度定位结果；

S4，差分结果与IMU数据的组合，实现如下，IMU数据采样间隔有很高的频率，单纯使用其定位定姿时误差累积较快，为消除IMU积分计算的误差，将其与GNSS数据的差分定位结果进行组合，从而得到高精度的位置和姿态数据；