[发明专利]一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法

说明书

一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法，包括如下步骤：（1）特征点距离差值计算；（2）精度修正值计算。本发明所公开的检校方法，适用于基于圆形扫描的激光雷达测距精度检校，可有效的标定基于圆形扫描的激光雷达的测距误差，该误差值可在后续解算中修正系统误差，进而提高激光雷达的测距精度，便于激光雷达产品与高精度位置和姿态系统的整体集成，提高解算后的激光点云定位精度。此外该检校方法同样适用于对激光雷达产品测距精度的检验。

技术领域

本发明属于激光雷达测量系统的测距精度检校方法领域，特别涉及该领域中的一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法。

背景技术

激光雷达的工作原理是向目标发射激光束，然后将接收到的目标回波信号与激光束发射时的时间进行解算，以获得目标的距离信息。基于圆形扫描的机载激光雷达采用单波束工作方式，激光器每次只发射一路光束，光束经楔形镜折射后按照固定的方向对外发射，并通过电机驱动楔形镜转动的方式在雷达的发射镜面形成圆形扫描。

激光雷达测距原理为S＝v×t，v即光速为3×10⁸m/s，t为激光雷达FPGA板卡发出激光束到接收到回波信号的时间间隔，影响激光雷达测距精度的主要原因是FPGA记录的时间t₁和激光实际传输的时间t₂不相等，从而导致距离的解算值与真值之间存在差异。

引起时间t记录错误的原因主要有以下几个方面：

1)FPGA发出激光发射指令到激光器发出激光束产生时间差Δt₁；

2)激光器发射激光束经过雷达楔形镜时速度下降，产生时间差Δt₂；

3)接收装置接收到激光回波信号到FPGA记录该回波时间产生时间差Δt₃。

另外，激光雷达产品在后期的系统集成中需要与组合导航(GNSS+IMU)协同工作，激光点云经与位姿数据联合解算后，才能输出带有大地坐标的三维空间点云。而激光雷达与GNSS、IMU联合标定时，无法测量雷达内部的光路原点的准确位置，只能对激光雷达外表面的特征点进行标定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于圆形扫描的机载激光雷达测距精度的检校方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

(1)特征点距离差值计算：

(11)特征点选取：

机载激光雷达工作方式是圆形扫描式，即通过伺服电机带动楔形镜沿中心线旋转，使得激光束呈以中心线为轴心的圆锥形，在目标平面上体现为以中心线在目标平面上的投影为圆心的圆弧，选取圆弧上与激光雷达镜面中心在同一水平面和同一铅垂面的四个扫描点为距离差值计算的特征点，标记为A、B、C、D；

(12)激光雷达定点观测特征点：

将激光雷达水平安置在安置台上，设置楔形镜的旋转角度，使激光束水平打出到达A点，记录此时激光雷达数据解算软件解算的距离值S_PA0，并标记A点，同理，设置楔形镜旋转角度，可得到B、C、D三点的距离解算值S_PB0、S_PC0、S_PD0，并标记B、C、D三点，A、B、C、D四点的观测为一组，完成该组观测后标记激光雷达镜面中心点为P点；

(13)全站仪观测记录：

将全站仪架设在空旷无遮挡处，整平后标记全站仪中心点为O，开始测量激光雷达和特征点：