[发明专利]一种基于数据驱动的机载激光雷达盲源误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机载激光雷达数据处理方法，尤其是涉及一种基于数据驱动的机载激光雷达盲源误差补偿方法，属于机载激光雷达数据处理技术领域。

背景技术

机载激光雷达(Airborne Light Detection And Ranging，LiDAR)是一种主动式航空遥感对地观测系统，是九十年代初首先由西方国家发展起来并投入商业化应用的一门新兴技术，它集成激光测距仪、全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)于一身。该技术在三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破，为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段。

机载激光雷达在提取空间位置信息上具有自身的优势，能够直接获得目标的三维坐标，提供了传统二维数据所缺乏的高程信息，但是机载激光雷达获取的数据，无论是点云还是波形，均无重复观测，即便是对同一个测区重复飞行，也无法保证所获得的激光脚点是严格重叠的，因而无法利用传统的数据平差技术对所获取的数据做进一步的误差分析和处理。另外，机载激光雷达是一种集成测量系统，其数据获取精度受多种误差源的影响，这些误差源通常都缺乏规律性且误差源间存在耦合，建立误差模型时无法顾及所有因素，因而很难建立误差模型，更不用说建立严格的解析模型进行误差改正。

发明内容

在本发明中，将所有限于现阶段的研究水平、无法溯源与建模的误差称之为盲源误差。本发明针对盲源误差难以改正的问题，在于提出了一种基于数据驱动的机载激光雷达盲源误差补偿方法，达到提高机载激光雷达数据定位精度的目的。

实现本发明所说的基于数据驱动的机载激光雷达盲源误差补偿方法的技术方案是这样的：

一种基于数据驱动的机载激光雷达盲源误差补偿方法，包括以下步骤：

步骤1，在机载激光雷达的钢板底座上架设一台外置惯性测量单元，使用全站仪测量外置惯性测量单元与机载激光雷达的激光测距仪之间的距离和偏心角；

步骤2，利用步骤1中的机载激光雷达进行数据采集，可以得到两套机载激光雷达数据，分别为机载激光雷达自身产生的第一机载激光雷达数据，以及联合机载激光雷达的激光测距数据、外置惯性测量单元的测姿数据和步骤1中外置惯性测量单元与机载激光雷达的激光测距仪的距离、偏心角，根据机载激光雷达数据生成理论模型得到的第二机载激光雷达数据；

步骤3，分别对步骤2中的两套机载激光雷达数据进行迭代计算，得到机载激光雷达的惯性测量单元与机载激光雷达的激光测距仪之间的翻滚角和俯仰角的改正值、外置惯性测量单元与机载激光雷达的激光测距仪之间的翻滚角和俯仰角的改正值，然后利用对应的翻滚角和俯仰角的改正值根据机载激光雷达数据生成理论模型分别对两套激光雷达数据进行第一次坐标修正；

步骤4，根据步骤3中得到的两套机载激光雷达数据，分别提取两套机载激光雷达数据中的点特征；

步骤5，对步骤4中得到的两套机载激光雷达数据所对应的点特征进行匹配，得到点特征匹配对；

步骤6，根据步骤5中得到的点特征匹配对，建立两套机载激光雷达数据的布尔沙(Bursa)模型，利用该模型对两套机载激光雷达数据进行第二次坐标修正；

步骤7，对步骤6得到的两套机载激光雷达数据求平均值，得到一套机载激光雷达数据，该机载激光雷达数据即为经过盲源误差补偿的机载激光雷达数据。

如上所述的步骤3中用于计算翻滚角和俯仰角改正值的迭代计算的方法包括以下步骤：

步骤3.1，将步骤2中得到的两套机载激光雷达数据作为输入，分别对这两套机载激光雷达数据进行步骤3.2-3.5的处理；

步骤3.2，确定机载激光雷达数据中的航带重叠区域；

步骤3.3，计算航带重叠区域中水平地面间的高差Δh，以及该水平地面到机载激光雷达获取数据过程中形成的航迹的最小平面距离r，计算翻滚角的改正值

ΔRoll=arctanΔh2×r;]]>

步骤3.4，计算航带重叠区域中建筑物屋顶的平面偏移Δx，以及该屋顶面到机载激光雷达获取数据过程中形成的航迹的高程距离Δz，计算俯仰角的改正值