[发明专利]一种基于机载激光测深系统的安置角误差修正方法

说明书

本发明公开一种基于机载激光测深系统的安置角误差修正方法，属于激光雷达测量技术领域，用于消除安置角误差，包括提取扫描轨迹和航线数据，确定椭圆轨迹的长轴和短轴，计算短轴的方向矢量，计算航线数据在待定平面内投影的方向矢量和椭圆短轴在待定平面内投影的方向矢量；求取两个方向矢量的夹角，判断夹角与阈值的大小，决定是否进行补偿；将椭圆轨迹上的每个点坐标均乘以旋转矩阵，得到补偿后的轨迹，迭代重复上述步骤，直至满足所需精度为止。本发明引入激光扫描出的卵形曲线和航线作为几何参数，通过对卵形曲线的长短轴和航线参数向量化，形成校准判据，使安置校正过程减少人为干预，实现流程化算法校准，适用于水下工作环境的应用。

技术领域

本发明公开一种基于机载激光测深系统的安置角误差修正方法，属于激光雷达测量技术领域。

背景技术

机载激光测深系统利用机载平台搭载激光雷达向目标海域发射激光脉冲，根据接收到的全波形信号可以生成三维点云数据，进而可以得到海水深度以及海底地形地貌信息。机载激光测深系统是一个复杂的多传感器集成系统，其测量精度受到系统内部各个组成部分的共同影响，由于机械加工与安装原因，机载试验数据不可避免的存在一些系统误差，系统误差会给激光脚点的坐标带来系统偏差，导致生成的点云产生变形和扭曲。为了提高机载激光测深系统扫描点云的准确程度，在飞行作业之前，必须经过仔细的检校，以提高海面及海底激光脚点坐标的定位精度。机载激光雷达具有精度高、作业效率快、自动化程度高等优点，系统在实际工作中要求激光扫描参考坐标系同惯性平台参考坐标系的坐标轴之间相互平行，但是系统安装时不能完全保证它们之间严格平行，这就是所谓的系统安置误差，并且惯性坐标参考框架和激光扫描参考系统之间的安置角误差是机载激光雷达中最大的系统误差源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机载激光测深系统的安置角误差修正方法，以解决现有技术中，安置角误差影响测量精度的问题。

一种基于机载激光测深系统的安置角误差修正方法，包括：

S1、建立惯性平台参考坐标系O-XYZ，坐标系框架按照坐标系内部参考标架定义，Y轴指向机身纵轴朝前，X轴垂直于Y轴，并指向飞机的右机翼，Z轴垂直向上，构成右手坐标系；

激光扫描参考坐标系同惯性平台参考坐标系的坐标轴之间相互平行，二者之间的安置角误差是机载激光雷达中最大的系统误差源；

S2、提取扫描水下目标地形得到的椭圆轨迹数据，找到激光扫描轨迹数据当中距离最远的两个点，分别记为A、B，A、B连线即为椭圆轨迹的长轴，线段AB的垂直平分线CD即为椭圆轨迹的短轴，利用C、D点计算矢量，即为短轴的方向矢量；

S3、提取椭圆轨迹对应的航线数据，计算得到航线数据在待定平面内投影的方向矢量和椭圆短轴在待定平面内投影的方向矢量；

S4、求取和航线所在直线的方向矢量的夹角，假设航线与椭圆短轴在待定平面内投影的方向矢量之间存在夹角λ₁，则有：

；

S5、若求得的λ₁≤0.05°，即椭圆轨迹沿轴与航向一致，误差在允许范围之内；

若求得的λ₁＞0.05°，即试验数据存在误差，需要进行误差补偿；

设分别为航向角的补偿值、俯仰角的补偿值和横滚角的补偿值；

S6、将椭圆轨迹上的每个点坐标均乘以旋转矩阵ΔR_M，得到补偿后的轨迹，迭代重复上述步骤，直至满足所需精度为止。

进行横滚角误差校正时，待定平面为ZOX平面，误差补偿具体为：

令，。

进行俯仰角误差校正时，待定平面为YOZ平面，误差补偿具体为：

令，。