[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

本發明提供了一種慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，該方法包括：制作并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，同步采集激光器廓形信息和慣導姿態信息；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，對慣性及激光掃描儀進行標定精調以完成對航向安裝角及俯仰安裝角的標定。應用本發明的技術方案，以解決現有技術中多個激光器的坐標系不統一所導致的難以對慣導和激光器之間的安裝關系進行標定的技術問題。

技術領域

本發明涉及慣性軌道檢測技術領域，尤其涉及一種慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法。

背景技術

非接觸式軌道檢測系統利用激光掃描儀對軌道廓形進行測量，從點云圖像中提取軌道廓形，并計算廓形中包含的軌頂、扣件、磨耗等軌道質量參數。但激光圖像本身不包含位姿信息，多個激光器的坐標系也不統一，因此難以實現對慣導和激光器之間的安裝關系的標定。

發明內容

本發明提供了一種慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，能夠解決現有技術中多個激光器的坐標系不統一所導致的難以對慣導和激光器之間的安裝關系進行標定的技術問題。

本發明提供了一種慣性及激光掃描儀聯合在線標定方法，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，同步采集激光器廓形信息和慣導姿態信息；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；分別對軌腰處R20圓區域數據和軌頂部1：20直線區域數據進行擬合；以擬合后的軌頂部1：20直線與標準廓形直線間的夾角為旋轉角，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，基于旋轉角和平移量計算獲取精調變換矩陣；根據標定粗調結果以及精調變換矩陣完成對橫滾安裝角的標定；將兩自由度搖擺臺沿軌檢梁的X軸轉動，持續計算精調變換矩陣，基于精調變化矩陣記錄軌頂部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激光掃描器的航向偏角，基于激光掃描器的航向偏角完成航向安裝角的標定；將兩自由度搖擺臺沿軌檢梁的Z軸轉動，持續計算精調變換矩陣，基于精調變化矩陣記錄軌腰處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激光掃描器的俯仰偏角，基于激光掃描器的俯仰偏角完成俯仰安裝角的標定。

進一步地，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器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器的測量點云以及標準廓形點云計算獲取粗調變換矩陣；調整粗調變換矩陣以使粗調誤差函數取得極小值，記錄各個激光掃描器點云的旋轉角度和慣性導航系統的橫滾角，根據各個激光掃描器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。

進一步地，粗調變換矩陣T_coarse可根據來獲取，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。