[發(fā)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

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• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111123245B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設計）人: 張鵬;周亮;張迎春;郎銳;方淑燕;董建業(yè)
• 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

一種基于圓形掃描的機載激光雷達測距精度的檢校方法，包括如下步驟：（1）特征點距離差值計算；（2）精度修正值計算。本發(fā)明所公開的檢校方法，適用于基于圓形掃描的激光雷達測距精度檢校，可有效的標定基于圓形掃描的激光雷達的測距誤差，該誤差值可在后續(xù)解算中修正系統誤差，進而提高激光雷達的測距精度，便于激光雷達產品與高精度位置和姿態(tài)系統的整體集成，提高解算后的激光點云定位精度。此外該檢校方法同樣適用于對激光雷達產品測距精度的檢驗。

技術領域

本發(fā)明屬于激光雷達測量系統的測距精度檢校方法領域，特別涉及該領域中的一種基于圓形掃描的機載激光雷達測距精度的檢校方法。

背景技術

激光雷達的工作原理是向目標發(fā)射激光束，然后將接收到的目標回波信號與激光束發(fā)射時的時間進行解算，以獲得目標的距離信息。基于圓形掃描的機載激光雷達采用單波束工作方式，激光器每次只發(fā)射一路光束，光束經楔形鏡折射后按照固定的方向對外發(fā)射，并通過電機驅動楔形鏡轉動的方式在雷達的發(fā)射鏡面形成圓形掃描。

激光雷達測距原理為S＝v×t，v即光速為3×10⁸m/s，t為激光雷達FPGA板卡發(fā)出激光束到接收到回波信號的時間間隔，影響激光雷達測距精度的主要原因是FPGA記錄的時間t₁和激光實際傳輸的時間t₂不相等，從而導致距離的解算值與真值之間存在差異。

引起時間t記錄錯誤的原因主要有以下幾個方面：

1)FPGA發(fā)出激光發(fā)射指令到激光器發(fā)出激光束產生時間差Δt₁；

2)激光器發(fā)射激光束經過雷達楔形鏡時速度下降，產生時間差Δt₂；

3)接收裝置接收到激光回波信號到FPGA記錄該回波時間產生時間差Δt₃。

另外，激光雷達產品在后期的系統集成中需要與組合導航(GNSS+IMU)協同工作，激光點云經與位姿數據聯合解算后，才能輸出帶有大地坐標的三維空間點云。而激光雷達與GNSS、IMU聯合標定時，無法測量雷達內部的光路原點的準確位置，只能對激光雷達外表面的特征點進行標定。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題就是提供一種基于圓形掃描的機載激光雷達測距精度的檢校方法。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于圓形掃描的機載激光雷達測距精度的檢校方法，其改進之處在于，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：