[发明专利]基于虚拟共轭点的国产激光雷达系统的严密自检校算法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟共轭点的国产激光雷达系统的严密自检校算法，提取对应的虚拟共轭点，并获取该点所对应的位置姿态信息，以得到虚拟共轭点数据；将虚拟共轭点数据导入到自检校模型中，在最小二乘的基础上引入了高斯‑马尔科夫模型，在迭代的计算过程中检验是否收敛，若收敛则获取最优的8个检校参数；将最优的8个检校参数代入初始数据中重新解算激光点云数据，获取最终经过检校后的高精度激光点云数据，进行精度评定，输出精度报告。本发明在提高系统检校精度的同时，提高激光雷达系统定位精度，有助于生成无缝拼接的航带数据，对激光雷达数据后处理及应用具有至关重要的意义。

主权项

一种基于虚拟共轭点的国产激光雷达系统的严密自检校算法，其特征在于，包括：步骤一、获取实际飞行航带的激光点云数据，选取相邻航带任意重叠区域的激光点云数据；在重叠航带激光点云数据中选择检校区域以提取对应的虚拟共轭点，利用虚拟共轭点本身所附带的GPStime数据来获取该点所对应的位置姿态信息，以确定虚拟共轭点数据；步骤二、根据国产激光雷达系统的定位方程建立自检校模型，将所述虚拟共轭点数据导入到自检校模型中进行解算，获取系数矩阵，所述系数矩阵为矩阵A与矩阵L；所述步骤二包括：依据国产高精度激光雷达系统的定位方程进行推导计算，获取鲁棒性较强精度较高的自检校模型：所述国产高精度激光雷达系统的定位方程表示为：其中：Xe Ye Ze表示激光雷达系统所获取的WGS84坐标系下的激光坐标值，X0 Y0 Z0表示POS系统在时间t时刻的坐标值，B、L为纬度与经度，θ为激光扫描仪所获取的角度值，Δθ为角度值θ所对应的初始零位角，ρ表示激光扫描仪所获取的激光发射器中心到目标地物之间的距离值，Δρ、k表示距离改正的加常数与乘常数，可通过单机检校获取该参数；中H、P、R分表代表POS系统所获取的三个姿态角度，而△H、△P、△R则代表三个姿态角随身所携带的角度偏差，b为载体坐标系，n为导航坐标系；表示激光扫描仪与POS系统在硬件集成中由于三个坐标轴的不平行导致的激光扫描仪自身坐标系与POS系统自身坐标系的三轴夹角称为偏心角所构成的旋转矩阵，l为激光坐标系；Δxlb Δylb Δzlb表示激光扫描仪自身坐标系与POS系统自身坐标系原点之间的偏心距；ξx ξy ξz表示POS数据解算过程中由于GPS定位误差所导致的位置偏移误差；表示激光脚点形成过程中所附带的三个方向(X Y Z)的随机误差；假设：Tne=-sinBcosL-sinLcosBcosL-sinBsinLcosLcosBsinLcosB0sinB010100001---(4)]]>其中，[Xl Yl Zl]T表示激光坐标系下的坐标值，则结合(4)(5)，将公式(3)简化为式(6)；在航带1中A1点所对应T1时刻的定位方程为：利用泰勒公式展开定位方程，可以获取公式(7)所对应的线性方程(8)X→T1=f(x1→+δx→,l→1)δx→=(δΔh,δΔp,δΔr,δΔxlb,δΔylb,δΔzlb,δΔρ,δΔθ)---(8)]]>x1→=(Δh,Δp,Δr,Δxlb,Δylb,Δzlb,Δρ,Δθ)]]>其中，为航带1求解的系数矩阵，表示未知参数矩阵的偏移向量，表示航带1求取的未知参数向量；则在航带2中A1点的虚拟共轭点A2点所对应T2时刻的定位方程为：X→T2=f(x2→+δx→,l→2)---(10)]]>为航带2求解的系数矩阵，表示航带2求取的未知参数向量；由于A1点与A2点两点为虚拟共轭点对，即为不同飞行航线重叠区域的同名地物点，理想情况下两点真实坐标值相同，即误差矩阵v理论值为零矩阵，如式(11)所示，但实际计算过程中，由于各种误差的影响，使获取A1与A2两点的坐标值存在一定差值，检校的最终目的即在误差矩阵v最小甚至趋于零的最优状态下求取最佳检校参数；v=XeYeZeT1-A1-XeYeZeT2-A2---(11)]]>利用泰勒公式将公式(11)进行线性化处理得到公式(12)，以获取最终的系数L矩阵与A矩阵；其中：L8*8为未知参数的系数矩阵，为未知参数矩阵，A8*1为系数矩阵；步骤三、在求取最优无偏检校参数的过程中，基于系数矩阵，在最小二乘算法中引入高斯‑马尔科夫模型，同时检验是否收敛，若收敛则获取最优的8个检校参数；步骤四、将所述最优的8个检校参数代入到步骤一中初始航带激光点云数据中进行重新解算，获取最终检校后的高精度激光点云数据，重叠航带激光点云数据形成无缝拼接数据，最终将检校后的激光数据进行精度评定，验证检校后的数据精度，最终输出精度报告。