[发明专利]一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法

权利要求书

1.一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)特征点距离差值计算：

(11)特征点选取：

机载激光雷达工作方式是圆形扫描式，即通过伺服电机带动楔形镜沿中心线旋转，使得激光束呈以中心线为轴心的圆锥形，在目标平面上体现为以中心线在目标平面上的投影为圆心的圆弧，选取圆弧上与激光雷达镜面中心在同一水平面和同一铅垂面的四个扫描点为距离差值计算的特征点，标记为A、B、C、D；

(12)激光雷达定点观测特征点：

将激光雷达水平安置在安置台上，设置楔形镜的旋转角度，使激光束水平打出到达A点，记录此时激光雷达数据解算软件解算的距离值S_PA0，并标记A点，同理，设置楔形镜旋转角度，可得到B、C、D三点的距离解算值S_PB0、S_PC0、S_PD0，并标记B、C、D三点，A、B、C、D四点的观测为一组，完成该组观测后标记激光雷达镜面中心点为P点；

(13)全站仪观测记录：

将全站仪架设在空旷无遮挡处，整平后标记全站仪中心点为O，开始测量激光雷达和特征点：

(131)转动全站仪的照准部使其照准P点观测，记录OP距离S_OP和竖角β₁，并将全站仪水平度盘置零；

(132)转动全站仪的照准部使其照准特征点A观测，记录OA距离S_OA、竖角β₂和水平角α₁，水平角即∠POA；

(133)将全站仪依次照准B、C、D三点，可依次得到B、C、D三点的观测值(S_OB、β₃、α₂)，(S_OC、β₄、α₃)，(S_OD、β₅、α₄)；

(14)计算激光雷达镜面中心到各特征点的距离观测值S：

S_PA1²＝S_OP²×cos²β₁+S_OA²×cos²β₂-2×S_OP×cosβ₁×S_OA×cosβ₂×cosα₁

S_PB1²＝S_OP²×cos²β₁+S_OB²×cos²β₃-2×S_OP×cosβ₁×S_OB×cosβ₃×cosα₂

S_PC1²＝S_OP²+S_OC²-2×S_OP×S_OC×(cosβ₁×cosβ₄×cosα₃+sinβ₁×sinβ₄)

S_PD1²＝S_OP²+S_OD²-2×S_OP×S_OD×(cosβ₁×cosβ₅×cosα₄-sinβ₁×sinβ₅)

根据上述公式带入(13)中观测值，计算得到雷达镜面中心到四个特征点的一组距离值S_PA1、S_PB1、S_PC1、S_PD1；

(15)计算距离差值ΔS：

根据(14)中计算得到的一组距离值，结合(12)中记录的距离解算值，通过差值计算公式：

ΔS₁＝[(S_PA0-S_PA1)+(S_PB0-S_PB1)+(S_PC0-S_PC1)+(S_PD0-S_PD1)]/4

计算得到第一组观测的距离差值ΔS₁，重复步骤(12)—(14)，得到多组距离解算值和观测值，根据差值计算公式，得到多个距离差值ΔS_i，对多个距离差值取平均作为最终距离差值ΔS；

(2)精度修正值计算：

(21)激光雷达定点观测：

将激光雷达安置在任意位置，设置激光雷达转速为0，任意角度发射激光束，标记激光雷达镜面中心点为P，标记激光落点为E，记录激光雷达距离解算值S_PE0；

(22)全站仪观测记录：

(221)将全站仪整平后，标记全站仪中心点为O；

(222)转动全站仪的照准部使其照准P点观测，记录OP距离S_OP和竖角β₁，并将全站仪水平度盘置零；

(223)转动全站仪的照准部使其照准E点观测，记录OE距离S_OE、竖角β₂和水平角α₁，水平角即∠POE；

(23)计算激光雷达镜面中心到激光落点的距离观测值S：

根据公式

S_PE1²＝S_OP²+S_OC²-2×S_OP×S_OC×(cosβ₁×cosβ₄×cosα₃+sinβ₁×sinβ₄)

利用(22)中观测值计算得到P、E两点的距离值S_PE1；

(24)计算距离真值：

利用(23)中计算得到的距离值S_PE1，结合(15)计算得到的距离差值ΔS，根据公式S_PE＝S_PE1+ΔS，计算得到激光雷达探测点的距离真值；

(25)计算激光雷达测距误差：

根据误差公式Δ₁＝S_PE0–S_PE，计算得到激光雷达在E点的测距误差Δ₁，旋转激光雷达使激光打在不同的位置，重复步骤(21)-(24)，得到多组距离解算值、距离真值，并计算得到多个测距误差Δ_i，对多个测距误差值取平均作为激光雷达测距误差Δ，Δ即为激光雷达测距精度的修正值和相对于镜面中心位置的距离值。