[發明專利]一種基于機載激光測深系統的安置角誤差修正方法

有效

• 申請號: 202310579467.5
• 申請日: 2023-05-23
• 公開（公告）號: CN116299369B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 孟祥謙;崔童;杜立彬;袁一博;王立偉;尚志偉;陳浩;黃鴻志;萬大蔚;呂文潔
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/08
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 王鳴鶴

本發明公開一種基于機載激光測深系統的安置角誤差修正方法，屬于激光雷達測量技術領域，用于消除安置角誤差，包括提取掃描軌跡和航線數據，確定橢圓軌跡的長軸和短軸，計算短軸的方向矢量，計算航線數據在待定平面內投影的方向矢量和橢圓短軸在待定平面內投影的方向矢量；求取兩個方向矢量的夾角，判斷夾角與閾值的大小，決定是否進行補償；將橢圓軌跡上的每個點坐標均乘以旋轉矩陣，得到補償后的軌跡，迭代重復上述步驟，直至滿足所需精度為止。本發明引入激光掃描出的卵形曲線和航線作為幾何參數，通過對卵形曲線的長短軸和航線參數向量化，形成校準判據，使安置校正過程減少人為干預，實現流程化算法校準，適用于水下工作環境的應用。

技術領域

本發明公開一種基于機載激光測深系統的安置角誤差修正方法，屬于激光雷達測量技術領域。

背景技術

機載激光測深系統利用機載平臺搭載激光雷達向目標海域發射激光脈沖，根據接收到的全波形信號可以生成三維點云數據，進而可以得到海水深度以及海底地形地貌信息。機載激光測深系統是一個復雜的多傳感器集成系統，其測量精度受到系統內部各個組成部分的共同影響，由于機械加工與安裝原因，機載試驗數據不可避免的存在一些系統誤差，系統誤差會給激光腳點的坐標帶來系統偏差，導致生成的點云產生變形和扭曲。為了提高機載激光測深系統掃描點云的準確程度，在飛行作業之前，必須經過仔細的檢校，以提高海面及海底激光腳點坐標的定位精度。機載激光雷達具有精度高、作業效率快、自動化程度高等優點，系統在實際工作中要求激光掃描參考坐標系同慣性平臺參考坐標系的坐標軸之間相互平行，但是系統安裝時不能完全保證它們之間嚴格平行，這就是所謂的系統安置誤差，并且慣性坐標參考框架和激光掃描參考系統之間的安置角誤差是機載激光雷達中最大的系統誤差源。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于機載激光測深系統的安置角誤差修正方法，以解決現有技術中，安置角誤差影響測量精度的問題。

一種基于機載激光測深系統的安置角誤差修正方法，包括：

S1、建立慣性平臺參考坐標系O-XYZ，坐標系框架按照坐標系內部參考標架定義，Y軸指向機身縱軸朝前，X軸垂直于Y軸，并指向飛機的右機翼，Z軸垂直向上，構成右手坐標系；

激光掃描參考坐標系同慣性平臺參考坐標系的坐標軸之間相互平行，二者之間的安置角誤差是機載激光雷達中最大的系統誤差源；

S2、提取掃描水下目標地形得到的橢圓軌跡數據，找到激光掃描軌跡數據當中距離最遠的兩個點，分別記為A、B，A、B連線即為橢圓軌跡的長軸，線段AB的垂直平分線CD即為橢圓軌跡的短軸，利用C、D點計算矢量，即為短軸的方向矢量；

S3、提取橢圓軌跡對應的航線數據，計算得到航線數據在待定平面內投影的方向矢量和橢圓短軸在待定平面內投影的方向矢量；

S4、求取和航線所在直線的方向矢量的夾角，假設航線與橢圓短軸在待定平面內投影的方向矢量之間存在夾角λ₁，則有：

；

S5、若求得的λ₁≤0.05°，即橢圓軌跡沿軸與航向一致，誤差在允許范圍之內；

若求得的λ₁＞0.05°，即試驗數據存在誤差，需要進行誤差補償；

設分別為航向角的補償值、俯仰角的補償值和橫滾角的補償值；

S6、將橢圓軌跡上的每個點坐標均乘以旋轉矩陣ΔR_M，得到補償后的軌跡，迭代重復上述步驟，直至滿足所需精度為止。

進行橫滾角誤差校正時，待定平面為ZOX平面，誤差補償具體為：

令，。

進行俯仰角誤差校正時，待定平面為YOZ平面，誤差補償具體為：

令，。