[發明專利]慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法

有效

• 申請號: 202111262152.5
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN114162169B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 莊廣琛;郭玉勝;裴新凱;王海軍;王大元
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08;G01B11/00;G01B11/24;G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，其特征在于，所述慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法包括：

制作標準軌道模型，獲取標準軌道模型的標準廓形；

將兩自由度搖擺臺調整至水平狀態，將軌檢梁放置于所述兩自由度搖擺臺的臺面上；

對慣性導航系統進行初始對準，初始對準完成后，同步采集激光掃描儀廓形和慣導姿態信息；

基于迭代最近鄰算法將各個激光掃描儀輸出廓形調整至與標準廓形接近重合以完成慣性及激光掃描儀的標定粗調；

標定粗調完成后，在激光測量點云上選取軌腰處R20圓區域數據和軌頂部1：20直線區域數據；

分別對所述軌腰處R20圓區域數據和所述軌頂部1：20直線區域數據進行擬合；

以擬合后的所述軌頂部1：20直線與標準廓形直線間的夾角為旋轉角，所述軌腰處R20圓區域的圓心與標準廓形R20圓心之間的距離矢量為平移量，基于所述旋轉角和所述平移量計算獲取精調變換矩陣；

根據標定粗調結果以及所述精調變換矩陣完成對橫滾安裝角的標定；

將所述兩自由度搖擺臺沿所述軌檢梁的X軸轉動，持續計算所述精調變換矩陣，基于所述精調變換矩陣記錄所述軌頂部1：20直線段數據點云與標準廓形點云之間的Hausdorff距離，當所述軌頂部1：20直線段數據點云與標準廓形點云之間的Hausdorff距離達到最小時，此時的航向角變化值即為所述激光掃描儀的航向偏角，基于所述激光掃描儀的航向偏角完成航向安裝角的標定；將所述兩自由度搖擺臺沿所述軌檢梁的Z軸轉動，持續計算所述精調變換矩陣，基于所述精調變換矩陣記錄所述軌腰處R20圓區域數據點云與標準廓形點云之間的Hausdorff距離，當所述軌腰處R20圓區域數據點云與標準廓形點云之間的Hausdorff距離達到最小時，此時的俯仰角變化值即為所述激光掃描儀的俯仰偏角，基于所述激光掃描儀的俯仰偏角完成俯仰安裝角的標定。

2.根據權利要求1所述的慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，其特征在于，基于迭代最近鄰算法將各個激光掃描儀輸出廓形調整至與標準廓形接近重合以完成慣性及激光掃描儀的標定粗調具體包括：采用迭代最近鄰算法，分別將各個激光掃描儀的測量點云與標準廓形點云相匹配；根據相匹配的激光掃描儀的測量點云以及標準廓形點云計算獲取粗調變換矩陣；調整所述粗調變換矩陣以使粗調誤差函數取得極小值，記錄各個所述激光掃描儀點云的旋轉角度和慣性導航系統的橫滾角，根據各個所述激光掃描儀點云的旋轉角度和慣性導航系統的橫滾角計算獲取標定粗調結果。

3.根據權利要求2所述的慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，其特征在于，所述粗調變換矩陣T_coarse可根據來獲取，所述粗調誤差函數J(T)可根據來獲取，其中，R為旋轉矩陣，t為平移向量，r_ij為旋轉矩陣R中的各項元素，i＝1,2,3，j＝1,2,3；x、y、z為平移向量t中的各項元素，p_i∈P，p_i為標準廓形點云P中的點集，q_i∈Q，q_i為激光測量點云Q中與點集p_i相對應的點集。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，其特征在于，所述精調變換矩陣可根據來獲取，其中，ΔR為由旋轉角構成的旋轉矩陣的增量，Δt為由平移量構成的平移向量的增量分別表示分別旋轉矩陣和平移向量的增量，T_fine,k為k時刻的精調變換矩陣，T_fine,k+1為k+1時刻的精調變換矩陣，ΔT_k為采樣時間，R_k為激光掃描儀與慣導之間的姿態轉換矩陣，t_k為激光掃描儀與慣導之間的平移矩陣，Δt為平移矩陣的調整量。

5.根據權利要求4所述的慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，其特征在于，所述慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法根據γ_k+1＝Δα_γ+γ_k，完成對橫滾安裝角的標定，其中，γ_k+1為k+1時刻的橫滾安裝角，Δα_γ為，γ_k為粗調后的k時刻的橫滾安裝角。