【CN109917356A】一种机载激光扫描系统误差标定方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910190650.X
(22)申请日 2019.03.13
(71)申请人 武汉际上导航科技有限公司
地址 430000 湖北省武汉市东湖新技术开
发区茅店山西路8号创星汇科技园D-
302号
(72)发明人 孙红星　付建红　张涛　黎雄　
胡云帆　胡亮亮　锁应博　李石平　
(74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人 钟斌
(51)Int.Cl.
G01S 7/497(2006.01)
G01S 19/43(2010.01)
G01B 11/24(2006.01)
G01S 17/06(2006.01)
(54)发明名称一种机载激光扫描系统误差标定方法(57)摘要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。

权利要求书3页 说明书7页CN 109917356 A 2019.06.21
C N 109917356
A
权　利　要　求　书1/3页CN 109917356 A
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：
2。