[发明专利]一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法

权利要求书

1.一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，其特征在于，包括：

S1.采集靶标球点云数据；

S2.基于半径约束的球型拟合算法获取靶标球中心坐标；

S3.使用测量设备获取靶标球中心坐标；

S4.基于三维坐标变换模型计算参考坐标系到扫描仪坐标系的转换参数；

S5.评估激光扫描仪的多项指标；

S5.1.评估激光扫描仪的径向重复性和标靶重复性；

S5.2.评估激光扫描仪的径向距离示值误差；

S5.3.评估激光扫描仪的空间距离示值误差；

步骤S1包括：

在试验场内布设多个靶标球，每个靶标球到激光扫描仪的距离不相同，且每个靶标球架设高度不相同，保证靶标球在试验场呈空间分布，同时架设激光扫描仪，利用激光扫描仪对试验场中的靶标球进行重复测量，获取多组点云数据；

步骤S2包括：

设与激光扫描仪固连的坐标系为扫描仪坐标系，利用手工或软件提取步骤S1获取的点云数据中的靶标球，靶标球的半径已知为，设单个靶标球的点云数据中有个点，每个点的坐标为，，在此基础上建立空间球面方程：

其中，,分别为球心坐标和半径；

对式展开并移项可得：

记：

按下式求解超定方程：

经计算即可得到，，，的值，即得到扫描仪坐标系下靶标球中心坐标的近似值和靶标球半径的近似值；

构造函数，

对函数在处进行线性化，令

，，，，，,得到：

其中，为靶标球半径的设计值，设靶标球的半径约束方程为：

利用间接平差，将式和式联立并写成改正数的形式，得到：

分别是对应的改正数，联立式和式可得：

对式运用间接平差进行参数求解，令，其中：

得到：

计算平差后的值：

即得到基于半径约束的球型拟合算法获取的靶标球中心坐标的测量值和靶标球半径。

2.根据权利要求1所述的一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，其特征在于，S3包括：

以工业测量系统为基础，工业测量系统基于空间前方交会利用两台经纬仪进行坐标量测，设与工业测量系统固连的坐标系为参考坐标系，得到参考坐标系下靶标球中心坐标的参考值。

3.根据权利要求2所述的一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，其特征在于，S4包括：

设由步骤S2得到扫描仪坐标系下的个靶标球中心坐标为，由步骤S3得到参考坐标系下的个靶标球中心坐标为，基于方向余弦的三维坐标变换模型计算参考坐标系到扫描仪坐标系的转换参数，则有：

其中,,,,,,,,,为方向余弦，，，为扫描仪坐标系原点相对于参考坐标系原点在，，方向上的平移值；

由于上述9个方向余弦构成的矩阵为正交矩阵，通过3个方向余弦值推算其它6个方向余弦值，通过3组以上的靶标球中心坐标利用最小二乘法即可求解式中各参数的值，即得到参考坐标系到扫描仪坐标系的转换参数。

4.根据权利要求3所述的一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，其特征在于，径向重复性和标靶重复性具体为，基于扫描仪对单个目标物的重复测量；径向距离示值误差和空间距离示值误差具体为，依靠参考值和测量值进行对比。

5.根据权利要求4所述的一种空间多靶标布设的激光扫描仪指标评估方法，其特征在于， S5.1包括：

通过激光扫描仪对单个靶标球重复测量次，得到单个靶标球的组点云数据，，由步骤S2计算得到单个靶标球的组中心坐标，其中，计算单个靶标球到激光扫描仪的组绝对距离：

对组绝对距离求平均值以及组中心坐标的分量分别求平均值：

求取每组靶标球的中心点位偏差：

评估径向重复性：

评估标靶重复性：

。