[发明专利]基于重叠航带共轭基元的机载激光雷达系统集成误差检校方法

说明书

基于重叠航带共轭基元的机载激光雷达系统集成误差检校方法，本发明涉及机载激光雷达系统集成误差检校方法。本发明的目的是为了解决现有的机载激光雷达系统检校方法激光雷达数据测量精度低的问题。基于重叠航带共轭基元的机载激光雷达系统集成误差检校方法具体过程为：1：建立机载激光雷达系统的数学模型；2：基于1建立的机载激光雷达系统的数学模型，建立机载激光雷达系统集成误差模型；3：建立参考点云与模板点云之间的共轭基元，求解重叠航带点云之间的最佳变换关系式；4：根据重叠航带点云间最佳变化关系式与系统集成误差模型的关联，反解得到系统集成误差检校矩阵。本发明用于数据处理技术领域。

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，涉及机载激光雷达系统的集成误差检校方法，具体的说是一种基于重叠航带共轭基元的机载激光雷达系统的集成误差检校方法。

背景技术

激光雷达是近十几年来快速发展的一种新型测量技术，它通过发射单波段激光束，并根据地物回波来获取地表对象的三维坐标信息，从而生成点云(Point Cloud)以实现地表地物信息提取和三维场景重建；由于其角分辨率高，抗干扰能力强等特点，已广泛应用于遥感数据探测、地面模型恢复和重建等研究领域中，具有巨大的应用前景。

机载激光雷达(Airborne LiDAR)是一种搭载于有人飞行器或无人机上的一种激光探测及测距测量设备，它主要与GPS、IMU(Inertial Measurement Unit/GlobalPosition System)等设备组合成为一套系统，其具有快速获取大场景数据的特性。当机载激光雷达以及各仪器搭载于采集平台上时，需通过安置角(Alignment Angle)与偏移量(Leverarm Value)组成的系统集成误差检校矩阵来描述仪器间(激光雷达，IMU，GPS天线相位中心等)的轴线与空间位置的差异；如果这两种常量存在误差，将会导致采集点云间存在偏差，同名地物无法重合，点云精度降低。在实际应用中，为了保证点云测量的精度，需通过系统检校来测定当前系统安置角与偏移量，并将该值带入各种坐标转换以及数据解算流程中，才能把IMU记录的姿态数据准确无误地转化为可用于数据生产的精确外方位元素。

在目前的机载激光雷达系统检校方法中，通常只关注了安置角误差的检校，缺乏对偏移量系统误差的一体化检校，且一般检校方法对检校场地有较高的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的机载激光雷达系统检校方法中，通常只关注了安置角误差的检校，缺乏对偏移量系统误差的一体化检校，且一般检校方法对检校场地有较高的要求，导致激光雷达数据测量精度低的问题，而提出基于重叠航带共轭基元的机载激光雷达系统集成误差检校方法。

基于重叠航带共轭基元的机载激光雷达系统集成误差检校方法具体过程为：

步骤1：建立机载激光雷达系统的数学模型；

步骤2：基于步骤1建立的机载激光雷达系统的数学模型，建立机载激光雷达系统集成误差模型；

步骤3：建立参考点云与模板点云之间的共轭基元，求解重叠航带点云之间的最佳变换关系式；

步骤4：根据重叠航带点云间最佳变化关系式与系统集成误差模型的关联，反解得到系统集成误差检校矩阵。

本发明的有益效果为：

本发明的目的在于对机载激光雷达系统进行集成误差的在航检校，对现有机载激光雷达系统集成检校方法进行了完善，同时检校了安置角误差与偏移量误差，且可以适用于任意类型的地形表面，不需要控制面，易于实现，提高了激光雷达数据测量的精度。

本发明方法对机激光雷达系统集成误差(安置角误差以及偏移量误差)的来源以及具体表现形式进行了一体化建模，并建立共轭点——面基元以降低对检校场地的要求；

为了验证本发明所提出算法的性能，针对无人机激光雷达系统进行了实验，实验结果验证了本发明提出的基于共轭基元的机载激光雷达系统集成误差检校方法的有效性。