一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法和装置，标定方法包括如下步骤：建立辅助测量坐标系，并获取辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系，其中POS坐标系的中心与惯性测量装置的坐标中心重合；获取GNSS天线几何中心在辅助测量坐标系中的坐标，以及激光扫描仪测量坐标与辅助测量坐标之间的关系；根据辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系：建立激光扫描测量坐标与POS坐标系之间的联系，计算出激光扫描仪相对于POS系统的安置参数；计算GNSS天线的几何中心在POS坐标系中的坐标和GNSS天线的杆臂值参数。本发明专利技术提供的技术方案，避免了由于GNSS天线杆臂值标定误差对导航数据处理精度造成的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法和装置
本专利技术属于定位导航
，具体涉及一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法和装置。
技术介绍
随着“数字地球”、“智慧城市”等理念的不断推进及普及，人们对室内外高精度定位、导航、授时服务(PNT)的数量、质量及其更新速度的需求日趋复杂。传统、单一的导航定位手段已无法满足位置服务的需求。融合多种传感器(如GNSS、IMU、磁力计、相机、LiDAR、蓝牙、气压计、无线网络等)，适应复杂应用环境(如城市峡谷、室内、水下等场景)，高效、稳健的室内外无缝导航定位系统成为了实时获取空间信息的一种新趋势。室内外无缝导航定位实际上是综合现有导航定位手段(卫星导航定位技术、地基无线网络导航定位技术、自包含传感器导航定位技术)，融合异质、异构、异步的导航源数据，应对室内外环境及其切换过程的鲁棒、高效组合导航定位技术。目前学者常采用的融合方式有：(1)基于无线网络导航定位技术和卫星导航定位技术的无缝导航；(2)基于自包含传感器导航定位技术和卫星导航定位技术的无缝导航；(3)综合三种导航定位技术的无缝导航。室内外无缝导航定位导航的关键技术有：(1)多传感器空间关系标定；(2)传感器同步控制与信息融合；(3)导航传感器在线优化选择；(4)高效能的融合导航定位滤波算法。其中在对多传感器空间关系标定时，多传感器组合导航定位是建立在传感器安置关系已知的基础上进行的，若安置参数存在较大的误差，会影响导航定位的整体精度。目前，多传感器组合导航定位系统中组合导航传感器常用的标定方法主要包括平台标定发和在线标定法两种，其中平台标定法是指通过设备给定的中心和三轴指向建立传感器之间的位姿关系，对各传感器进行标定；在线标定法是根据组合导航定位模型，将传感器之间的位置姿态偏差作为系统误差，对定位结果进行评估、补偿和校准。在室内外无缝导航定位导航系统中，传感器位姿关系标定主要包含POS系统内部GNSS天线几何中心与INS中心的位置关系标定，POS系统中心与测量传感器(激光扫描仪、CCD相机等)，以及多个测量传感器之间的安置参数标定。由于POS系统的GNSS中心与INS中心不一致，两者之间存在固定的偏差，即GNSS天线杆臂值，杆臂值的标定误差会对导航数据处理精度造成直接影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法和装置，用于解决GNSS天线杆臂值标定误差造成的导航数据处理精度低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：方法方案1：一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，包括如下步骤：(1)建立辅助测量坐标系，并获取辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系，其中POS坐标系的中心与惯性测量装置的坐标中心重合；(2)获取GNSS天线几何中心在辅助测量坐标系中的坐标，以及激光扫描仪测量坐标与辅助测量坐标之间的关系；(3)根据辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系：建立激光扫描测量坐标与POS坐标系之间的联系，计算出激光扫描仪相对于POS系统的安置参数；计算GNSS天线的几何中心在POS坐标系中的坐标，并计算出GNSS天线的杆臂值参数。方法方案2：在方法方案1的基础上，所述获取GNSS天线几何中心坐标在辅助测量坐标系中的坐标，包括：计算GNSS天线下边沿中心点在辅助测量坐标系中的坐标；提取GNSS天线的中心轴线向量；根据GNSS天线下边沿的中心坐标和中心轴线向量，计算其几何中心位置在辅助测量坐标系中的坐标。方法方案3：在方法方案2的基础上，提取GNSS天线连接杆的轴线向量，判断与GNSS天线的中心轴线向量是否一致，如果不一致，则GNSS天线的中心轴线向量出现错误。方法方案4：在方法方案1的基础上，还包括根据获取GNSS天线几何中心时的拟合误差，和辅助测量坐标系与POS坐标系转换时的转换误差，计算GNSS天线杆臂值精度的步骤。方法方案5：在方法方案1的基础上，还包括根据辅助测量坐标系与POS坐标系转换时的转换误差，以及激光扫描测量坐标与辅助测量坐标转换时的平移参数，计算扫描仪安置参数精度的步骤。装置方案1：一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定装置，包括处理器，处理器设有标定模块，标定模块用于：建立辅助测量坐标系，并获取辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系，其中POS坐标系的中心与惯性测量装置的坐标中心重合；获取GNSS天线几何中心在辅助测量坐标系中的坐标，以及激光扫描仪测量坐标与辅助测量坐标之间的关系；根据辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系：建立激光扫描测量坐标与POS坐标系之间的联系，计算出激光扫描仪相对于POS系统的安置参数；计算GNSS天线的几何中心在POS坐标系中的坐标，并计算出GNSS天线的杆臂值参数。装置方案2：在装置方案1的基础上，所述获取GNSS天线几何中心坐标在辅助测量坐标系中的坐标，包括：计算GNSS天线下边沿中心点在辅助测量坐标系中的坐标；提取GNSS天线的中心轴线向量；根据GNSS天线下边沿的中心坐标和中心轴线向量，计算其几何中心位置在辅助测量坐标系中的坐标。装置方案3：在装置方案2的基础上，提取GNSS天线连接杆的轴线向量，判断与GNSS天线的中心轴线向量是否一致，如果不一致，则GNSS天线的中心轴线向量出现错误。装置方案4：在装置方案1的基础上，还包括根据获取GNSS天线几何中心时的拟合误差，和辅助测量坐标系与POS坐标系转换时的转换误差，计算GNSS天线杆臂值精度的步骤。装置方案5：在装置方案1的基础上，还包括根据辅助测量坐标系与POS坐标系转换时的转换误差，以及激光扫描测量坐标与辅助测量坐标转换时的平移参数，计算扫描仪安置参数精度的步骤。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，首先建立辅助测量坐标系，然后提取GNSS天线几何中心在辅助测量坐标系中的坐标，最后从辅助测量坐标系转换到POS坐标系下，实现对GNSS天线杆臂值参数的标定。本专利技术提供的技术方案，采用辅助测量坐标对GNSS天线杆臂值参数进行标定，避免了由于GNSS天线杆臂值标定误差对导航数据处理精度造成的影响。附图说明图1为实施例中导航传感器参数标定的标定示意图；图2为实施例中GNSS天线杆臂值参数标定的流程图；图3为实施例中激光扫描仪安置参数标定的流程图。具体实施方式本专利技术提供一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法和装置，用于解决GNSS天线杆臂值标定误差造成的导航数据处理精度低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，包括如下步骤：(1)建立辅助测量坐标系，并获取辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系，其中POS坐标系的中心与惯性测量装置的坐标中心重合；(2)获取GNSS天线几何中心在辅助测量坐标系中的坐标，以及激光扫描仪测量坐标与辅助测量坐标之间的关系；(3)根据辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系：建立激光扫描测量坐标与POS坐标系之间的联系，计算出激光扫描仪相对于POS系统的安置参数；计算GNSS天线的几何中心在POS坐标系中的坐标，并计算出GNSS天线的杆臂值参数。下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明。本实施例提供一种基于三维激光扫描的导航传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立辅助测量坐标系，并获取辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系，其中POS坐标系的中心与惯性测量装置的坐标中心重合；(2)获取GNSS天线几何中心在辅助测量坐标系中的坐标，以及激光扫描仪测量坐标与辅助测量坐标之间的关系；(3)根据辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系：建立激光扫描测量坐标与POS坐标系之间的联系，计算出激光扫描仪相对于POS系统的安置参数；计算GNSS天线的几何中心在POS坐标系中的坐标，并计算出GNSS天线的杆臂值参数。

【技术特征摘要】
2017.12.25 CN 20171142411151.一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立辅助测量坐标系，并获取辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系，其中POS坐标系的中心与惯性测量装置的坐标中心重合；(2)获取GNSS天线几何中心在辅助测量坐标系中的坐标，以及激光扫描仪测量坐标与辅助测量坐标之间的关系；(3)根据辅助测量坐标系与POS坐标系之间的联系：建立激光扫描测量坐标与POS坐标系之间的联系，计算出激光扫描仪相对于POS系统的安置参数；计算GNSS天线的几何中心在POS坐标系中的坐标，并计算出GNSS天线的杆臂值参数。2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，其特征在于，所述获取GNSS天线几何中心坐标在辅助测量坐标系中的坐标，包括：计算GNSS天线下边沿中心点在辅助测量坐标系中的坐标；提取GNSS天线的中心轴线向量；根据GNSS天线下边沿的中心坐标和中心轴线向量，计算其几何中心位置在辅助测量坐标系中的坐标。3.根据权利要求2所述的一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，其特征在于，提取GNSS天线连接杆的轴线向量，判断与GNSS天线的中心轴线向量是否一致，如果不一致，则GNSS天线的中心轴线向量出现错误。4.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，其特征在于，还包括根据获取GNSS天线几何中心时的拟合误差，和辅助测量坐标系与POS坐标系转换时的转换误差，计算GNSS天线杆臂值精度的步骤。5.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的导航传感器参数标定方法，其特征在于，还包括根据辅助测量坐标系与POS坐标系转换时的转换误差，以及激光扫描测量坐标与辅助测量坐标转...

【专利技术属性】
技术研发人员：周阳林，李广云，王力，周帅峰，张蕊，符京杨，宗文鹏，刘灵杰，彭逸凡，李帅鑫，俞德崎，向奉卓，李滢，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41