[發明專利]一種基于圓形掃描的機載激光雷達測距精度的檢校方法

有效

• 申請號: 201911321251.9
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111123245B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 張鵬;周亮;張迎春;郎銳;方淑燕;董建業
• 申請（專利權）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團公司第二十二研究所）
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S7/481
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉

1.一種基于圓形掃描的機載激光雷達測距精度的檢校方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)特征點距離差值計算：

(11)特征點選取：

機載激光雷達工作方式是圓形掃描式，即通過伺服電機帶動楔形鏡沿中心線旋轉，使得激光束呈以中心線為軸心的圓錐形，在目標平面上體現為以中心線在目標平面上的投影為圓心的圓弧，選取圓弧上與激光雷達鏡面中心在同一水平面和同一鉛垂面的四個掃描點為距離差值計算的特征點，標記為A、B、C、D；

(12)激光雷達定點觀測特征點：

將激光雷達水平安置在安置臺上，設置楔形鏡的旋轉角度，使激光束水平打出到達A點，記錄此時激光雷達數據解算軟件解算的距離值S_PA0，并標記A點，同理，設置楔形鏡旋轉角度，可得到B、C、D三點的距離解算值S_PB0、S_PC0、S_PD0，并標記B、C、D三點，A、B、C、D四點的觀測為一組，完成該組觀測后標記激光雷達鏡面中心點為P點；

(13)全站儀觀測記錄：

將全站儀架設在空曠無遮擋處，整平后標記全站儀中心點為O，開始測量激光雷達和特征點：

(131)轉動全站儀的照準部使其照準P點觀測，記錄OP距離S_OP和豎角β₁，并將全站儀水平度盤置零；

(132)轉動全站儀的照準部使其照準特征點A觀測，記錄OA距離S_OA、豎角β₂和水平角α₁，水平角即∠POA；

(133)將全站儀依次照準B、C、D三點，可依次得到B、C、D三點的觀測值(S_OB、β₃、α₂)，(S_OC、β₄、α₃)，(S_OD、β₅、α₄)；

(14)計算激光雷達鏡面中心到各特征點的距離觀測值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)

根據上述公式帶入(13)中觀測值，計算得到雷達鏡面中心到四個特征點的一組距離值S_PA1、S_PB1、S_PC1、S_PD1；

(15)計算距離差值ΔS：

根據(14)中計算得到的一組距離值，結合(12)中記錄的距離解算值，通過差值計算公式：

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

計算得到第一組觀測的距離差值ΔS₁，重復步驟(12)—(14)，得到多組距離解算值和觀測值，根據差值計算公式，得到多個距離差值ΔS_i，對多個距離差值取平均作為最終距離差值ΔS；

(2)精度修正值計算：

(21)激光雷達定點觀測：

將激光雷達安置在任意位置，設置激光雷達轉速為0，任意角度發射激光束，標記激光雷達鏡面中心點為P，標記激光落點為E，記錄激光雷達距離解算值S_PE0；

(22)全站儀觀測記錄：

(221)將全站儀整平后，標記全站儀中心點為O；

(222)轉動全站儀的照準部使其照準P點觀測，記錄OP距離S_OP和豎角β₁，并將全站儀水平度盤置零；

(223)轉動全站儀的照準部使其照準E點觀測，記錄OE距離S_OE、豎角β₂和水平角α₁，水平角即∠POE；

(23)計算激光雷達鏡面中心到激光落點的距離觀測值S：

根據公式

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

利用(22)中觀測值計算得到P、E兩點的距離值S_PE1；

(24)計算距離真值：

利用(23)中計算得到的距離值S_PE1，結合(15)計算得到的距離差值ΔS，根據公式S_PE＝S_PE1+ΔS，計算得到激光雷達探測點的距離真值；

(25)計算激光雷達測距誤差：

根據誤差公式Δ₁＝S_PE0–S_PE，計算得到激光雷達在E點的測距誤差Δ₁，旋轉激光雷達使激光打在不同的位置，重復步驟(21)-(24)，得到多組距離解算值、距離真值，并計算得到多個測距誤差Δ_i，對多個測距誤差值取平均作為激光雷達測距誤差Δ，Δ即為激光雷達測距精度的修正值和相對于鏡面中心位置的距離值。