一种机载激光扫描系统误差标定方法
专利汇可以提供一种机载激光扫描系统误差标定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于机载激光扫描几何 定位 技术领域，尤其公开了一种机载激光扫描系统误差标定方法，现提出如下方案，包括误差标定步骤，对GNSS数据进行周跳的探测与修复，实现如下，GNSS数据包括机载数据和地面基准站数据，保证数据的完整性；采用模糊度辅助桥接方法进行周跳探测修复，假定前一个历元模糊度使定位达到较小方差，那么该组模糊度也满足后一历元，所以可以根据后一历元定位方差是否趋近于零来判断周跳，对GNSS数据进行差分处理，确定GNSS双差观测方程整周模糊度，建立标定数学模型。本发明毋需单独布设控制场，简单易行、能够提高系统误差标定的自动化，减少了作业时间，提高了作业效率。，下面是一种机载激光扫描系统误差标定方法专利的具体信息内容。
1.一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，包括误差标定步骤，
S1，对GNSS数据进行周跳的探测与修复，实现如下，GNSS数据包括机载数据和地面基准站数据，在使用这些数据完成定位前，首先对载波相位观测值进行周跳的探测和修复，保证数据的完整性；采用模糊度辅助桥接方法进行周跳探测修复，假定前一个历元模糊度使定位达到较小方差，那么该组模糊度也满足后一历元，所以可以根据后一历元定位方差是否趋近于零来判断周跳；
S2，对GNSS数据进行差分处理，实现如下，对机载GNSS数据和地面基准站GNSS数据转换为标准数据交换格式，对同步观测的卫星观测值进行求差，在此基础上，选择高度角最大的卫星作为参考卫星，再将其他卫星的观测值与参考卫星观测值求差，即可得到双差观测值；
S3，确定GNSS双差观测方程整周模糊度，实现如下，实现高精度定位必须采用载波相位观测值，其整周模糊度的确定是一个关键问题，在周跳探测的基础，组成双差观测值，采用递推滤波方式确定整周未知数，实现高精度定位结果；
S4，差分结果与IMU数据的组合，实现如下，IMU数据采样间隔有很高的频率，单纯使用其定位定姿时误差累积较快，为消除IMU积分计算的误差，将其与GNSS数据的差分定位结果进行组合，从而得到高精度的位置和姿态数据；
S5，根据扫描时间，内插组合结果，实现如下，激光系统在对周围物体扫描时，有其对应的固定频率，每个扫描点都记录了扫描时间，该时间与GNSS/IMU组合结果保持时间同步，但时间点不能一一对应，需要按照扫描点的时间对GNSS/IMU组合结果内插，得到扫描时刻机载平台的三维位置和姿态信息；
S6，计算扫描点三维地理坐标，并保留对应的原始数据，实现如下，在得到扫描点对应时刻的位置和姿态之后，假设不存在系统误差，即可根据激光扫描本体坐标，扫描时刻飞行平台三维坐标，扫描时刻飞行平台姿态构成的旋转矩阵，计算扫描点的地理坐标；
S7，重叠区域的点云配准，实现如下，点云配准实际上是通过坐标变换计算，将处于不同视角下的点云数据经过平移、旋转刚体变换统一整合到指定坐标系之下的过程；首先对点云提取局部几何特征，通过几何特征匹配快速计算点云对应转换关系；然后在此基础上通过迭代最近点算法获取精确的转换关系；最后通过计算变换后点云均方差评价配准结果；
S8，配准后点云格网划分及格网中心坐标计算，实现如下，重叠扫描区域的点云配准后，保证了两套点云在统一的地理坐标系中，然后由于扫描点云的不确定性，即使在配准情况下，点云在位置、数量上都不可能一一对应的；为标定机载激光扫描系统误差，必须建立两套点云之间的对应关系，采用对配准点云进行格网划分，并以格网内点云坐标的均值作为网格中心的坐标；
S9，建立标定数学模型，求解参数，实现如下，在格网划分后，认为格网点中心之间是一一对应的，对每个网格点对都建立误差方程式，采用最小二乘间接平差方法求解改正数，并对初始值进行改正，之后重新建立误差方程迭代计算，判断每次计算出的改正数，直到满足限差要求。
2.根据权利要求1所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S1中，GNSS数据的周跳探测与修复，对相邻两历元观测数据建立观测方程为：
令 则方程(1)具有最小方差，同时方程(2)变换为：
如果没有周跳，由于B1，B2中元素近似，方程(3)具有较小方差，如果方差出现不趋近于零的情况，则说明有周跳；周跳的修复可利用4颗连续无周跳卫星观测值先定位解算，之后通过定位反算得到周跳大小。
3.根据权利要求1所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S2中，GNSS数据差分处理，对机载数据和基准站数据的载波相位观测值分别建立观测方程：
将上式中左右两边对应项向减可得单差观测方程：
当观测到多颗卫星的时候，选择一颗卫星作为参考，其余卫星单差观测方程与参考卫星单差观测方程向减得：
上面公式中 为载波相位观测值，λ为载波波长，N为整周未知数，C为光速，dt为钟差参数，Vion为电离层误差，Vtrop为对流层误差，i，j为机载和基站，p、q，为观测卫星编号；方程(6)即为差分处理结果。
4.根据权利要求1所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S3中，确定GNSS双差观测方程整周模糊度，经过双差处理后，许多观测误差已被消除，包括接收机钟差、卫星钟差、卫星轨道误差，电离层和对流层误差也极大消弱，所以整周模糊度可以采用搜索或滤波的方法很方便的求解出来。
5.根据权利要求1所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S4中，差分结果与IMU数据的组合，首先利用IMU陀螺仪测得载体相对于惯性空间的旋转角速度，计算出载体坐标系相对于导航计算坐标系的坐标变换矩阵；然后将加速度计测得的比力观测量变换至导航计算坐标系，并对其进行相应的改正；最后通过一次积分得到速度参数，二次积分得到位置参数，并通过坐标变换矩阵提取载体相对于计算坐标系的姿态角。
6.根据权利要求1所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S7中，重叠区域的点云配准，配准过程按先粗配准，后精确配准进行，具体步骤为：a)对重叠区域的两套点云数据提取直线、平面、曲面等几何特征，利用这些特征完成点云数据粗配准；
b)在粗配准的基础上，以其中一套点云为基准，在另外一套参考点云中寻找与其距离最近点，找到所有对应点对；c)按刚体变换准则，计算配准转换参数旋转R与平移T；d)利用转换参数对参考点云进行坐标变换，得到新的参考点云；e)将新的参考点云从步骤b开始迭代，重复b～d；f)判断基准点云与参考点云对应点的差值，当小于阈值后，计算结束，完成配准。
7.根据权利要求1所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S8中，配准后的点云只是总体上最为接近，但是由于点的数量、分布原因，点之间不能满足一一对应，为进行系统误差标定，在配准后的点云重叠区域划分格网；首先获取到点云数据在X，Y，Z三个方向上的总体大小，然后将三个方向平均划分三等份，即可得到3×3×3的一个格网，选取格网点最邻近的点云数据，进行标定，这样既保证了标定使用的点数量，也保证了点的分布均匀。
8.根据权利要求1所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S9中，建立标定数学模型，在考虑到激光扫描仪系统误差时，两套点云的地理坐标计算为：
当对同一个目标进行扫描时，式(7)与式(8)应该相等，即：
式(9)中包含了要求解的系统误差参数(Δx，Δy，Δz)和Rx中的三个旋转角；根据上述过程S8，点云配准后，可以得到两套点云的对应关系，利用27个格网点上的坐标数据，利用式(9)建立误差方程，即标定的数学模型。
9.根据权利要求8所述的一种机载激光扫描系统误差标定方法，其特征在于，所述S9中，系统误差参数的求解，由于式(9)为非线性方程，无法直接求解，但是，Rx中的三个旋转角一般都是小角度，所以可以去Rx的近似表达式为：
将公式(10)带入式(9)中，展开之后即可得到关于未知数的线性方程；此外，由于所求未知数仅有6个，而建立的方程数为27个，因此在求解时采用最小二乘法得到参数的最优解。
一种机载激光扫描系统误差标定方法
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具体实施方式
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