海陆两用双频机载LiDAR系统误差检校模型建模方法技术方案

本发明专利技术公一种海陆两用双频机载LiDAR系统误差检校模型建模方法，包括步骤1，根据获取的在陆域检校场布设的控制点数据等对机载LiDAR对地几何定位模型简化为陆域三参数模型，步骤2，建立激光水域传播延迟误差模型，步骤3，根据步骤1和步骤2获取的参数和模型，构建五参数检校模型，即海域双频机载LiDAR系统误差的检校模型，解算参数；步骤4，根据步骤1，步骤2和步骤3中获取的参数和模型，最终构建水陆两用双频机载LiDAR点云校正模型。本发明专利技术建立适用于陆域和海域的海陆两用双频机载LiDAR系统点云的检校模型，填补了海域双频机载LiDAR系统误差检校模型的空白问题，带动了相关后继数据的处理能力很研究。

Modeling Method of Error Verification Model for Dual Frequency Airborne LiDAR System

The invention discloses a modeling method for error calibration model of dual-frequency airborne LiDAR system, which includes step 1, simplifying the airborne LiDAR geometric positioning model to a three-parameter terrestrial model based on the acquired control point data laid at the terrestrial calibration site, step 2, establishing the laser propagation delay error model in water area, step 3, obtaining the parameters and models according to step 1 and step 2. Five-parameter calibration model, i.e. the calibration model of dual-frequency airborne LiDAR system error in sea area, is constructed to calculate the parameters. Step 4, according to the parameters and models obtained in step 1, step 2 and step 3, the point cloud calibration model of dual-frequency airborne LiDAR is finally constructed. The invention establishes a point cloud calibration model for the dual-frequency airborne LiDAR system applicable to land and sea areas, fills in the blank problem of the error calibration model of the dual-frequency airborne LiDAR system in sea areas, and promotes the research of the processing ability of the relevant subsequent data.

【技术实现步骤摘要】
海陆两用双频机载LiDAR系统误差检校模型建模方法
本专利技术属于主动式微波遥感
，特别是涉及到一种海陆两用双频机载LiDAR系统误差检校模型建模方法。
技术介绍
经过十几年的快速发展，机载LiDAR系统在硬件和系统集成方面已经相当成熟，然而其数据的后处理与应用研究则相对发展缓慢，其中，制约其发展的关键问题之一是机载LiDAR系统误差的消除。系统检校是消除系统误差的主要方法，目前缺乏一种标准的检校方法，而且至今业内所建设的机载LiDAR系统检校场为陆域检校场，没有建立适用于海域检校场的系统误差检校模型。本专利技术通过对各系统误差进行相关性分析，利用陆域检校场通过模型解算安置角误差，进一步通过分析海域检校场水文环境信息建立延迟误差模型应用于海域检校场解算安置向量误差、测距误差和扫描角误差，并最终建立适用于陆域和海域的海陆两用机载LiDAR系统误差的检校模型。
技术实现思路
本专利技术针对国内海域双频机载LiDAR系统误差检校模型的空白问题，提供了一种适用于陆域和海域的海陆两用双频机载LiDAR系统误差检校模型的建模方法。本专利技术提供的海陆两用测距机载LiDAR系统误差检校模型的建模过程包括以下步骤：步骤1，根据获取的在陆域检校场布设的控制点数据、由GPS测取的xGPS,yGPS,zGPS、姿态角H,P,R、安置向量ΔX,ΔY,ΔZ、测距值ρ和扫描角β，对机载LiDAR对地几何定位模型简化为陆域三参数模型，用于反算安置角，即通过双频机载LiDAR在陆域检校场航飞数据，结合地面量测数据解算出安置角；步骤2，对获取的海域检校场的水文资料进行分析，结合海域检校场机载LiDAR航飞数据，基于逐步回归与灰色系统GM(1,n)组合建立激光水域传播延迟误差模型，将延迟误差引入下一步的海域机载LiDAR系统误差检校模型；步骤3，根据步骤1和步骤2获取的参数和模型，对机载LiDAR对地几何定位模型进行优化，通过机载LiDAR航飞数据中同名点做差构建五参数检校模型，即海域双频机载LiDAR系统误差的检校模型，解算参数；步骤4，根据步骤1，步骤2和步骤3中获取的参数和模型，最终构建水陆两用双频机载LiDAR点云校正模型。作为优选，所述步骤1中，xGPS,yGPS,zGPS由GPS测取，姿态角H,P,R由惯性导航系统提供，安置向量ΔX,ΔY,ΔZ可在平台检校时由全站仪测得，测距值ρ和扫描角β由激光测距扫描仪提供，将未知的安置角作为系统参数，将机载LiDAR对地几何定位模型简化为三参数模型，建立误差方程，应用最小二乘法解算安置角，作为优选，所述步骤2中，海域检校场水文资料选取水温，水深，盐度，水色,透明度，水压参数，应用逐步回归个引入并检验水文参数显著性，选择与延迟误差相关性最强的参数；同时应用灰色系统GM(1,n)来进行变量间的相关强度分析，最后通过逐步回归模型和灰色系统GM(1,n)两种模型的加权组合，建立激光水域传播延迟误差模型,然后建立测距误差模型。作为优选，所述步骤3中，在满足(a)激光测距扫描仪的扫描方式为线性扫描；(b)机载LiDAR系统的安置角都是小于0.5°的条件下则简化定位方程，由于安置角为已知值，延迟误差也作为已知值，则系统看作只含有安置向量误差、测距误差和测角误差，则激光脚点坐标XBi与真实值XT之间的关系变为：进一步通过同名点做差建立如下误差方程利用最小二乘原理求解未知检校参数通过上式可解算三个安置向量δΔX,δΔY,δΔZ、测距误差δΔρ以及测角误差δΔβ。本专利技术利用陆域检校场通过模型解算安置角误差，进一步通过分析海域检校场水文环境信息建立延迟误差模型应用于海域检校场解算安置向量误差、测距误差和扫描角误差，并最终建立适用于陆域和海域的海陆两用双频机载LiDAR系统点云的检校模型，填补了海域双频机载LiDAR系统误差检校模型的空白问题，带动了相关后继数据的处理能力很研究。附图说明图1为本专利技术实施的流程图。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明本专利技术技术方案。参见图1所示海陆两用机载LiDAR系统误差检校模型建模流程图，以下针对实施例建模流程中的各步骤，对本专利技术方法做进一步详细描述。步骤1，在WGS-84坐标系下机载LiDAR对地几何定位模型为三参数模型，误差方程如下：公式中，RH,P,R为姿态角旋转矩阵；为安置角旋转矩阵，即为Boresight矩阵；Rβ为扫描角旋转矩阵。x84,y84,z84为陆域检校场布设的控制点坐标，由GPS获取，xGPS,yGPS,zGPS由GPS测取，姿态角H,P,R由惯性导航系统(INS)提供，安置向量ΔX,ΔY,ΔZ可在平台检校时由全站仪测得，测距值ρ和扫描角β由激光测距扫描仪提供，这些都是观测值；只有安置角是未知值，因此，可将其作为系统参数加以求解。设通过GPS获取的控制点的WGS-84的坐标为(xg,yg,zg)T，这里认为是真值。为了简化计算，激光脚点的坐标将从激光扫描参考坐标系开始计算，则观测值方程为：其它参数的值为观测值。将观测值移至等号右侧，记为(fx,fy,fz)T，则对(fx,fy,fz)T求全微分后，进一步整理可得误差方程为：简记为式中，根据最小二乘原理：VTV＝min，可以组成法方程求解法方程,可得三个安置角参数步骤2，海域检校场水文资料选取水温，水深，盐度，水色,透明度，水压等这些水文参数和延迟误差构建激光水域传播延迟误差模型。应用逐步回归模型逐个引入并检验水文参数显著性，剔除不显著参数，择取“最优”参数，最优参数就是与延迟误差相关性最强的参数，同时应用灰色系统GM(1,n)来进行参数间的相关强度分析。最后通过两种模型的加权组合，建立激光水域传播延迟误差模型；逐步回归模型及灰色系统GM(1,n)在此不作介绍，加权组合建立过程模型如下：设有m个单一的函数模型，则有组合模型：Yq＝f(y1,y2,···,yk),k≤q，q为m个模型的组合数。设组合模型中个函数模型的权重向量为：P＝[p1,p2,···,pk]。则组合模型的形式为：Yq＝f(y1,y2,···,yn)＝p1y1+p2y2+···+pkyk组合模型的最优权重向量求解是依据最小二乘原理对误差平方和求解数学规划。其目标函数与约束条件为：令R＝[1,1,···,1]T,则有：其中v为单一函数模型拟合残差，V为各函数构成的拟合残差矩阵。对该式用拉格朗日乘子求解可得最优权重向量为：P＝V-1R/RTV-1R将上式代入组合模型中可得最优加权组合模型，即获取水路传播延迟误差模型。机载激光LiDAR航飞数据中的测距误差主要由测距仪误差、大气折射误差、地物目标引起的误差和水路传播延迟误差。则测距误差模型可建立为：Δρ＝α+λ+γ+υ式中，Δρ为测距误差；α为测距仪误差；λ为大气折射误差；γ为地物目标引起的误差；υ为水路传播延迟误差。步骤3，在满足(a)激光测距扫描仪的扫描方式为线性扫描；(b)机载LiDAR系统的安置角都是小角(小于0.5°)的条件下则，定位方程公式可简化如下：公式中，x是指激光脚点在激光扫描参考坐标系中的横坐标，等于点云到航迹线在地面投影的横向距离；z指激光脚点在激光扫描参考坐标系中的纵坐标，大小等于t时刻激光脚点的高程Zt减去t时刻内插的POS点的高程Zot；S表示扫描镜扫描角度的比例因子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海陆两用双频机载LiDAR系统误差检校模型建模方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，根据获取的在陆域检校场布设的控制点数据、由GPS测取的xGPS,yGPS,zGPS、姿态角H,P,R、安置向量ΔX,ΔY,ΔZ、测距值ρ和扫描角β，对机载LiDAR对地几何定位模型简化为陆域三参数模型，用于反算安置角，即通过双频机载LiDAR在陆域检校场航飞数据，结合地面量测数据解算出安置角；步骤2，对获取的海域检校场的水文资料进行分析，结合海域检校场机载LiDAR航飞数据，基于逐步回归与灰色系统GM(1,n)组合建立激光水域传播延迟误差模型，将延迟误差引入下一步的海域机载LiDAR系统误差检校模型；步骤3，根据步骤1和步骤2获取的参数和模型，对机载LiDAR对地几何定位模型进行优化，通过机载LiDAR航飞数据中同名点做差构建五参数检校模型，即海域双频机载LiDAR系统误差的检校模型，解算参数；步骤4，根据步骤1，步骤2和步骤3中获取的参数和模型，最终构建水陆两用双频机载LiDAR点云校正模型。

【技术特征摘要】
1.一种海陆两用双频机载LiDAR系统误差检校模型建模方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，根据获取的在陆域检校场布设的控制点数据、由GPS测取的xGPS,yGPS,zGPS、姿态角H,P,R、安置向量ΔX,ΔY,ΔZ、测距值ρ和扫描角β，对机载LiDAR对地几何定位模型简化为陆域三参数模型，用于反算安置角，即通过双频机载LiDAR在陆域检校场航飞数据，结合地面量测数据解算出安置角；步骤2，对获取的海域检校场的水文资料进行分析，结合海域检校场机载LiDAR航飞数据，基于逐步回归与灰色系统GM(1,n)组合建立激光水域传播延迟误差模型，将延迟误差引入下一步的海域机载LiDAR系统误差检校模型；步骤3，根据步骤1和步骤2获取的参数和模型，对机载LiDAR对地几何定位模型进行优化，通过机载LiDAR航飞数据中同名点做差构建五参数检校模型，即海域双频机载LiDAR系统误差的检校模型，解算参数；步骤4，根据步骤1，步骤2和步骤3中获取的参数和模型，最终构建水陆两用双频机载LiDAR点云校正模型。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述步骤1中，xGPS,yGPS,zGPS由GPS测取，姿态角H,P,R由惯性导航系统提供，安置向量ΔX,...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘润东，范城城，吕华权，刘清，赵学松，黄友菊，蒋齐跃，陶衡，王国忠，谢启德，施宇军，李雅然，
申请(专利权)人：广西壮族自治区遥感信息测绘院，
类型：发明
国别省市：广西,45