[发明专利]一种提高机载激光雷达定姿精度的方法

权利要求书

1、本发明公开了一种在选用低成本、低精度INS设备的条件下，通过特征点在大地坐标系上的二维坐标误差求解三个姿态角误差，从而提高机载激光雷达定姿精度的方法。其特征在于，结合GPS定位数据、低精度INS姿态数据、激光测距数据、扫描角数据等求得特征点在大地坐标系上的三维初步纠正坐标；根据所述激光脚点在大地坐标系上的坐标误差与三个姿态角误差之间的映射关系，由特征点在大地坐标系X方向和Y方向的初步纠正坐标与真实坐标之间的差值求解三个姿态角误差；利用所求得的姿态角误差修正低精度INS姿态数据，从而提高机载激光雷达的定姿精度。其中，所述激光重复频率远高于载机平台姿态大幅度变化的频率，可认为沿着飞行方向、在一定范围的扫描区域内载机平台的姿态角保持不变；在所述每一个姿态角保持不变的扫描区域内选择两个特征点；通过所述特征点在航摄图像上的位置求得其在大地坐标系X方向和Y方向的真实坐标。本发明可以大大降低系统成本，并且能以较高频率修正姿态角的测量误差，适用于轻小型航空遥感应用中平台姿态频繁变化的情况。

2、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法，其特征在于，所述激光重复频率远高于载机平台姿态大幅度变化的频率，可认为沿着飞行方向、在一定范围的扫描区域内载机平台的姿态角保持不变；在一定范围的、可认为姿态角保持不变的扫描区域内选择两个特征点。

3、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法，其特征在于，根据特征点在航摄图像上的位置，求其在大地坐标系X方向和Y方向的真实坐标。

4、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法，其特征在于，通过结合GPS定位数据、低精度INS姿态数据、激光测距数据、扫描角数据等，求特征点在大地坐标系上的三维初步纠正坐标。

5、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法，其特征在于，由特征点在大地坐标系X方向和Y方向的初步纠正坐标与真实坐标之间的差值求该扫描区域对应的三个姿态角误差，包括：侧滚角误差、俯仰角误差、偏航角误差。

6、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法，其特征在于，用求得的姿态角误差修正低精度INS姿态数据，提高机载激光雷达的定姿精度。

7、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法和权利要求2所述的方法，其特征在于，所述认为一定扫描区域的姿态角保持不变是在机载激光雷达的脉冲重复频率远高于载机平台姿态变化频率的前提下成立的；所述特征点为房屋边缘点、道路交叉点等具有明显特征的点。

8、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法和权利要求3所述的方法，其特征在于，所述特征点在大地坐标系X方向和Y方向的真实坐标的求解方法为：首先在扫描区域中设定两个定标点，其在大地坐标系X方向和Y方向的坐标已知；在飞行过程中由同机搭载的航摄相机以一定的周期对研究区域拍摄图像，以其中包含这两个定标点的一幅图像为参考图像，由这两个定标点的已知大地坐标确定参考图像在大地坐标系中的位置，则该参考图像上的所有点在大地坐标系X方向和Y方向的真实坐标可通过其与定标点在图像中的相对位置乘以相机放大倍数求得；对于其他航摄图像，可通过图像匹配的方法将其定位到大地坐标系中，同理可求得扫描区域中所有点在大地坐标系X方向和Y方向的真实坐标。

9、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法和权利要求4所述的方法，其特征在于，所述航摄图像的覆盖区域一般都小于激光扫描区域，这要求拍摄多幅航摄图像，且帧间有一定的重叠，借助于重叠区域的图像匹配，可获得下一帧航摄图像上各点在大地坐标系X方向和Y方向的真实坐标。

10、按照权利要求1所述的一种提高机载激光雷达定姿精度的方法和权利要求5所述的方法，其特征在于，所述姿态角误差的求解方法为：根据激光脚点在大地坐标系上的坐标误差与三个姿态角误差之间的映射关系，两个特征点在大地坐标系X方向和Y方向的初步纠正坐标与真实坐标的差值和三个姿态角误差之间可建立四个方程，利用其中的三个方程即可求得三个姿态角误差。