本技术提供一种基于类圆锥扫描的机载测深激光雷达系统结构误差的检校方法及装置,包括:建立结构误差检校场;建立全局控制坐标系,利用全站仪获取全局控制点、测站点、局部控制点和机载测深激光雷达反射镜中心的坐标;基于激光雷达获取反射镜中心到激光反射贴上激光脚点的斜距和驱动电机转角,并利用全站仪获取激光脚点坐标;基于激光扫描参考坐标系与全局控制坐标系之间的位移和旋转几何关系,根据斜距、驱动电机转角和激光脚点坐标构建误差方程;基于最小二乘间接平差原理,迭代求解误差方程,得到机载测深激光雷达系统的结构误差值。本发明可通过精确获取类圆锥扫描式机载测深激光雷达的结构误差值,显著提高整个测深系统的测量质量和可靠性。
背景技术
机载测深激光雷达系统是一种通过发射蓝绿波段激光脉冲并接收回波信号,实现水域与陆地高分辨率联合测量的先进浅水测量技术。该系统集成了机载测深激光雷达、全球导航卫星系统(GNSS)和惯性导航系统(INS),能够在复杂地形条件下快速获取高精度的三维水陆地形数据,可广泛应用于浅水区域的地形测绘、环境监测和水利工程等领域。然而,作为一个复杂的多传感器集成系统,机载测深激光雷达系统的测量精度容易受到多种误差的影响,其中结构误差是影响系统整体测量精度的关键因素之一。结构误差主要来源于激光雷达内部元器件的加工和装配偏差,会导致测量数据失真,进而影响水深计算的准确性。因此,对结构误差进行有效校正是提高系统精度的关键步骤,这不仅能显著提升激光脚点三维坐标的准确性,还能进一步提高整个测深系统的测量质量和可靠性。
在现有的专利文献中,多数研究集中于对系统安置角误差的检校。例如,“无人机载雷达安置误差的几何校正方法及装置”(CN114859326A,2022)、“一种基于机载激光测深系统的安置角误差修正方法”(CN116299369A,2023),《机载激光雷达测量技术理论与方法》(张小红,2007,武汉大学出版社)、无检校场的机载LiDAR点云数据检校方法”(陈洁等,2015,国土资源遥感)、“机载LiDAR安置角检校定标器设计与验证”(肖凯等,2017,测绘科学技术学报)、“国产螺旋式扫描激光雷达系统自检校方法研究”(杨书娟等,2018,电子与信息学报)、“轻小型无人机载激光雷达测量系统检校方法”(田绿林等,2024,信息工程大学学报)。
此外,部分文献探讨了结构误差对测量精度的影响,但主要还是针对系统安置角误差进行检校,缺乏有效的结构误差检校方案。例如,《机载LiDAR数据误差处理理论与方法》(王丽英,2013,测绘出版社)、“定角圆锥扫描式机载激光测深系统定位模型与精度评价”(李凯等,2016,测绘学报)、“圆扫描式机载激光测深系统定位模型与仿真分析”(申二华等,2016,中国激光)、“圆扫描式机载激光测深系统检校模型及仿真分析”(申二华等,2016,测绘学报)、“机载双频激光雷达结构误差与定位精度研究”(吕德亮等,2018,激光与光电子学进展)、“机载激光雷达测深系统定位模型与视准轴误差影响分析”(俞家勇等,2019,红外与激光工程)。
目前,在涉及结构误差检校的专利中,部分仅对测量坐标进行校正,未明确给出具体的结构误差值,如“基于机载激光雷达系统的扫描平台坐标系误差校正方法”(CN116990787A,2023)。另外,一些专利虽然涉及结构误差值的标定,但所提供的误差值不完整或不适用于类圆锥扫描式机载激光雷达,如“一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法”(CN111123245A,2020)和“一种基于圆形扫描的机载激光雷达最大测距能力和测角精度的检验方法”(CN111123246A,2020)。
综上所述,当前已存在的专利与研究大多集中于系统安置角误差的检校,而对结构误差检校,尤其是在类圆锥扫描式机载测深激光雷达的应用中,现有检校方案未能有效解决结构误差值的标定问题。
实现思路