一种远距离扫描激光雷达测量误差的修正方法技术

本发明专利技术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，包括步骤S1，建立测量模型，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；S3，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，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。

A correction method for measuring error of long distance scanning lidar

The invention relates to the field of radar technology, especially relates to a remote scanning radar measurement error correction method, which comprises the following steps: S1, set up the measurement model, obtain the position between the measured point and the coordinate origin; S2, access to the actual position and the laser radar tested the relationship model three error sources; S3, the laser radar for parameter measurement, large sample data acquisition three error sources; S4, using statistical methods of probability density distribution of the three sources of error analysis, error three error sources of the three-dimensional coordinates of the modified sample; S5, according to the measurement error of model three error sources the modified sample and in step S1 to obtain 3D coordinates of the sample; S6, according to the different measurement object measuring point, the error of three error correction samples and measured Three dimensional coordinates of the sample, the three-dimensional coordinates of the measured point of real-time correction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达测量
，尤其涉及一种远距离扫描雷达测量误差的修正方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术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，本专利技术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；εL、εα、εβ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)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术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，根据测量原理建立测量模型，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。本专利技术是一种基于蒙特卡罗法对远距离扫描激光雷达三维坐标测量误差分布的修正方法，解决了此类仪器测量误差分布特性的获取问题，并通过分析结果对三维坐标测量点进行实时修正，从而提高仪器测量准确度，并对修正后的测量不确定度进行评估。除了上面所描述的本专利技术解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本专利技术的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种远距离扫描激光雷达测量误差的修正方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。如图1所示，本专利技术实施例提供的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，根据测量原理建立测量模型，激光雷达利用一维测距、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，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远距离扫描激光雷达测量误差的修正方法，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种远距离扫描激光雷达测量误差的修正方法，其特征在于：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。2.根据权利要求1所述的，其特征在于：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：X=L·cosα·sinβY=L·sinα·sinβZ=L·cosβ.]]>3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘柯，缪寅宵，宋金城，孙增玉，董利军，郭力振，朱浩，
申请(专利权)人：北京航天计量测试技术研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11