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机载激光雷达测量系统误差检校方法研究

马浩  
【摘要】:机载激光雷达测量技术是将全球定位技术、惯性导航技术以及激光扫描测距技术有效集成,具有受天气影响小、自动化程度高、成图周期短等特点。目前国内许多家研究单位和公司已经引进了国外高性能的机载小光斑激光雷达系统,但这种引进模式存在明显的弊端,如价格昂贵、软件算法保密等问题,因此研制具有自主知识产权的高精度机载激光雷达测量系统迫在眉睫。然而目前,不论国际还是国内在激光雷达测量技术上都迫切需要解决的问题是消除系统误差的影响。基于此,本文开展了机载激光雷达测量系统误差检校方法的研究。 机载激光雷达测量系统在对地定位过程中受到来自激光扫描仪的测距、测角误差,POS (Position and Orientation System)的姿态和位置测量误差,系统集成误差等各种因素的影响。本文分析了机载激光雷达测量系统各组成部分的工作原理以及机载激光雷达测量系统所涉及的坐标系统及其测量原理,详细讨论了机载激光雷达测量系统中的各种误差源,以国产轻小型机载激光雷达测量系统为基础,重点阐述了激光扫描仪检校、IMU(Inertial Measurement Unit)标定以及基于地面模拟飞行试验场的系统安置角误差检校的方法。本文的具体内容包括以下几个方面: (1)分析了机载激光雷达测量系统对地测量原理,归纳并总结了目前主要的商业化机载激光雷达测量系统及其技术指标,比较了机载激光雷达与摄影测量、机载InSAR技术的异同点 (2)对机载激光雷达测量系统的误差源进行了汇总,分析了国内外在系统误差检校方面的研究现状,指出了目前主流的系统误差检校方法; (3)探讨了激光扫描仪的单机检校方案,主要包括激光扫描仪的测距和测角误差检校方案,检校后的激光扫描仪测距和测角精度分别为3cm和1%度; (4)研究了IMU精度的标定方法,主要完成了三项指标的标定:初始对准精度、静态漂移精度和动态跟踪精度的标定 (5)建立了基于地面模拟飞行试验场的机载激光雷达测量系统安置角误差检校模型,通过已知坐标的地而标志点精确反求系统安置角,最终得到在航高50m情况下的激光脚点三维坐标中误差均在2cm以内。


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