[发明专利]一种远距离扫描激光雷达测量误差的修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达测量技术领域，尤其涉及一种远距离扫描雷达测量误差的修正方法。

背景技术

远距离扫描激光雷达是一种大尺寸空间坐标测量仪器，用于实现尺寸在100m～1km范围内大型物体表面三维点云数据的扫描测量，测量数据作为后续数字化模型逆向重构的基础。远距离扫描激光雷达属于球坐标测量系统，通过一维激光测距和水平、垂直两个方向测角实现目标点三维坐标测量，其中测距单元能够实现1km范围的距离测量，通过水平和垂直两个方向的扫描实现点云数据的获取。三维坐标测量精度是测量仪器的重要指标，是仪器产品研制完成后必须明确的核心参数之一，测量误差分布能够充分反映仪器测量精度，因此，测量误差分布的获取对于研制远距离扫描激光雷达仪器产品具有重要意义。

目前面对激光跟踪仪、全站仪等测量原理与远距离扫描激光雷达相似的空间坐标测量仪器，通常采用激光干涉仪结合长导轨的方法进行校准，具体方法参见文献《激光跟踪三维坐标测量系统校准规范》(JJF1242----2010)。远距离扫描激光雷达的测量范围达1km，因无法制造相应尺寸的长导轨，无法采用上述方法对仪器进行校准。由于远距离激光测距技术基于脉冲激光飞行时间原理实现，目前有少数研究人员提出采用时间模拟距离的方法在实验室内对脉冲式远距离激光测距仪的测距误差进行测试，但扫描激光雷达测得的三维坐标是测距信息与二维测角信息的复合量，上述方法无法得到远距离扫描激光雷达的三维坐标测量误差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决激光雷达在对远距离测量点进行测量时无法对仪器进行校准的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种远距离扫描激光雷达测量误差的修正方法，包括步骤

S1，建立测量模型，利用激光雷达一维测距、水平测角和垂直测角建立三维坐标模型，获取被测点与坐标原点的位置关系；

S2，获取被测试点与激光雷达的实际位置关系，建立三大误差源的误差模型，所述三大误差源为激光雷达实测空间被测点时的距离测量误差、水平角测量误差和垂直角测量误差；

S3，在距离、水平测量角和垂直测量角的全量程范围内，对激光雷达进行分参数测量实验，获取三大误差源的大样本数据；

S4，采用统计学方法对三大误差源的概率密度分布进行分析，并获取三大误差源的期望值和标准差，从而对不同激光雷达的三大误差源进行预估，得到三维坐标系中的三大误差源的误差修正样本；

S5，根据三大误差源的误差修正样本及步骤S1中的测量模型获取三维坐标样本；

S6，根据不同测量对象所对应的测点位置、三大误差源的误差修正样本及测量得到的三维坐标样本，对三维坐标测量点进行实时修正。

其中，所述步骤S1中，设被测点的三维坐标为(X，Y，Z)，该点相对坐标系原点的距离为L，对应的水平测角为α，垂直测角为β，有如下关系成立：

其中，所述步骤S2中，三大误差模型为：

其中，L′为激光雷达实测空间被测点的距离值；α′为激光雷达实测空间被测点对应的水平角度值；β′为激光雷达实测空间被测点对应的垂直角度值；ε_L、ε_α、ε_β分别为激光雷达实测空间被测点时的距离测量误差、水平角测量误差、垂直角测量误差。

其中，所述步骤S3包括

S31，采用高精度测量仪器获取被侧点的距离、水平测角和垂直测角作为参考值，在激光雷达距离、水平测量角和垂直测量角的全量程范围内，对激光雷达进行分参数测量实验，所述高精度测量仪器的准确度高于所述激光雷达至少一个数量级；

S32，将逐点测量值和参考值做差值运算，获取三大误差源的大样本数据。

其中，所述步骤S3中，获取距离误差时，

当0m<L≤50m时，采用标准长导轨产生一系列位移，并使用双频激光干涉仪监测位移值，得到一系列相对于导轨零位的标准距离值作为参考值，并使用激光雷达获取距离的测量值，测量值与参考值的差即距离测量误差；

当L＞50m时，利用激光飞行时间模拟标准距离的方法，对脉冲激光测距单元的远距离测距误差进行试验测量，得到远距离激光测距误差。

(三)有益效果