探地雷达测量误差计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种探地雷达测量误差计算方法及装置，该方法包括以下步骤：步骤S100：构建探地雷达定位模型，得到雷达测量所处物空间坐标轴X误差传导函数，分析探地雷达的误差来源，确定雷达探测参数；步骤S200：测定第t次雷达探测参数；步骤S300：将第t次雷达探测参数代入物空间坐标轴X误差传导函数，计算得到第t次雷达探测误差量。能得到每次测量可能的误差值，有效修正测量结果，提高测量准确度。

Calculating Method and Device for Measuring Error of Ground Penetrating Radar

【技术实现步骤摘要】
探地雷达测量误差计算方法及装置
本专利技术涉及一种探地雷达测量误差计算方法及装置，属于地图测绘领域。
技术介绍
现代城市地下埋藏了错综复杂的水、气、电力等管网，具有覆盖面积广阔检查维护困难、旧管道缺乏记录、管道泄露事故频繁的特点。多采用探地雷达对城市管道进行探查，探地雷达又称透地雷达，其通过发射天线向地下发射频率介于106～109Hz的电磁波，再经由接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射和折射，则根据所接收到的返回电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征，推断地下介质的位置、结构、形态和埋藏深度等地下介质分布情况。现有探地雷达在测量过程中受到多种因素的影响，存在测量误差。现有技术中如CN201110456221.6中公开的《探地雷达系统误差补偿方法》，该方法用于对线性调频体制的探地雷达中的系统误差进行校正，以得到较好分辨率的地下图像。该方法仅能得到较好分辨率的图形，并不能对测量数据进行修正，以减少误差对结果的影响。无法提高探地雷达所得测量结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术提出了一种探地雷达测量误差计算方法，能得到每次测量可能的误差值，有效修正测量结果，提高测量准确度。本申请提供了一种探地雷达测量误差计算方法，包括以下步骤：步骤S100：构建探地雷达定位模型，得到雷达测量所处物空间坐标轴X误差传导函数，分析探地雷达的误差来源，确定雷达探测参数；步骤S200：测定第t次雷达探测参数；步骤S300：将第t次雷达探测参数代入物空间坐标轴X误差传导函数，计算得到第t次雷达探测误差量。进一步地，探地雷达定位模型的构建包括以下步骤：步骤S110：通过探底雷达的天线坐标系和物方坐标系，构建将地下待测量目标点的坐标转换到绝对大地坐标的关系式：其中，XS、YS、ZS是雷达天线中心S的地理坐标，Xa、Ya、Za是地下待测量目标点的地理坐标，xa、ya、za是天线坐标系下的地下待测量目标点坐标，其中，ω、κ为由天线平板的定姿装置确定的三个相互独立的转角；步骤S120：测量GPS天线与探地雷达的天线坐标系原点之间的位置偏移XGPS、YGPS、ZGPS，XGPS、YGPS、ZGPS满足下式：其中，步骤S130：由公式(10)和公式(11)得到表达探地雷达天线相位中心瞬时位置的探地雷达定位模型：进一步地，物空间坐标轴X误差传导函数为：其中，进一步地，定位误差参数包括GPS安装误差量和雷达天线相位中心位置误差量。进一步地，定姿误差参数包括波束指向系统误差量、微波折射误差量、惯性测量装置测量误差、惯性测量装置安装误差。进一步地，测距误差为0.25米。本专利技术的另一方面还提供了一种探地雷达测量误差计算装置，包括：建模模块，用于构建探地雷达定位模型，得到雷达测量所处物空间坐标轴X误差传导函数，分析探地雷达的误差来源，确定雷达探测参数；测定模块，用于测定第t次雷达探测参数；计算模块，用于将第t次雷达探测参数代入物空间坐标轴X误差传导函数，计算得到第t次雷达探测误差量。进一步地，建模模块包括：坐标系转换模块，用于通过探底雷达的天线坐标系和物方坐标系，构建将地下待测量目标点的坐标转换到绝对大地坐标的关系式：其中，XS、YS、ZS是雷达天线中心S的地理坐标，Xa、Ya、Za是地下待测量目标点的地理坐标，xa、ya、za是天线坐标系下的地下待测量目标点坐标，其中，ω、κ为由天线平板的定姿装置确定的三个相互独立的转角；GPS偏移量模块，用于测量GPS天线与探地雷达的天线坐标系原点之间的位置偏移XGPS、YGPS、ZGPS，XGPS、YGPS、ZGPS满足下式：其中，模型模块，用于由公式(10)和公式(11)得到表达探地雷达天线相位中心瞬时位置的探地雷达定位模型：进一步地，物空间坐标轴X误差传导函数为：其中，进一步地，雷达探测参数包括定位误差参数、定姿误差参数和测距误差。进一步地，定位误差参数包括GPS安装误差量和雷达天线相位中心位置误差量。进一步地，定姿误差参数包括波束指向系统误差量、微波折射误差量、惯性测量装置测量误差、惯性测量装置安装误差。进一步地，测距误差为0.25米。本专利技术的有益效果是：本申请提供的探地雷达测量误差计算方法，通过构建探底雷达定位模型，将所得结果的坐标系转换为地理系下的坐标，再结合所得误差传递函数中涉及的坐标的主要影响因素，确定导致误差的雷达探测参数后，对每次测量中雷达探测参数进行测量后，通过误差传导函数计算每次测量对应的雷达探测参数对应的测量误差，从而有效修正探底雷达测量结果，提高测量精度和准确性。本申请提供的探地雷达测量误差计算装置，通过已有的雷达探测参数，准确估算出每次测量结果的误差总量，从而提高测量准确性，减小了各类误差对所得结果的影响。附图说明图1是本专利技术实施例中的一种探地雷达测量误差计算方法示意框图；图2是本专利技术实施例提供的一种探地雷达测量误差计算装置结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案以及优点等更加清楚明确，在这里举出实际例子并参考附图进行进一步的说明。参见图1，本专利技术提供的一种探地雷达测量误差计算方法，包括以下步骤：步骤S100：构建探地雷达定位模型，得到雷达测量所处物空间坐标轴X误差传导函数，分析探地雷达的误差来源，确定雷达探测参数；步骤S200：测定第t次雷达探测参数；步骤S300：将第t次雷达探测参数代入物空间坐标轴X误差传导函数，计算得到第t次雷达探测误差量。采用上述方法，能根据已有的雷达探测参数，通过探地雷达定位模型得出每次测量中所得结果与真实值的误差量，从而有效修正探底雷达探测结果。克服了现有探底雷达在使用过程中，由于无法开挖地面得到真实值而无法有效修正探底雷达所得结果的问题。实现即使不开挖地面也可以得到对探底雷达所得结果进行较好修正的目的。此处的雷达探测参数，可依据具体使用过程中涉及到的误差来源进行调整。优选的，雷达探测参数包括定位误差参数、定姿误差参数和测距误差。优选的，定位误差参数包括GPS安装误差量和雷达天线相位中心位置误差量。地下目标的定位过程是雷达波束、天线板、GPS、姿态传感器间的坐标变化。测量过程中，GPS天线固定连接在探地雷达天线板几何中心，持续获得GPS天线相位中心的地理坐标XGPS、YGPS、ZGPS。GPS天线与探地雷达天线坐标系原点之间存在的位置偏移xGPS、yGPS、zGPS为GPS安装误差量，可以通过手工测量获得。探地雷达天线板硬件与波束形状相对固定。波束和雷达天线板之间存在位置和角度偏差关系，表现为测深波束原点相对天线板中心的偏移、雷达波束相对天线平面下视的指向角。优选的，定姿误差参数包括波束指向系统误差量、微波折射误差量、惯性测量装置测量误差、惯性测量装置安装误差。由于微波在不同介质中间传播，会产生折射效应，根据思奈尔折射定律：当微波穿过两个各向同性介质的分界面时，波的传播方向改变，并满足入射角i(射线和界面法线之间的夹角)的正弦除以波在第一种介质的速度等于折的正弦除以波在第二种介质中的速度。确定探底雷达在测量中微波从空气中进入地面下所存在的微波折射误差量。IMU(惯性测量装置)测量误差：根据所用惯性测量装置的性能参数确定。姿态测量装置本身存在测量误差，这是一种偶然误差。IMU测量误差分为偶然误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探地雷达测量误差计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：构建探地雷达定位模型，得到雷达测量所处物空间坐标轴X误差传导函数，分析所述探地雷达的误差来源，确定雷达探测参数；步骤S200：测定第t次雷达探测参数；步骤S300：将第t次所述雷达探测参数代入所述物空间坐标轴X误差传导函数，计算得到第t次雷达探测误差量。

【技术特征摘要】
1.一种探地雷达测量误差计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：构建探地雷达定位模型，得到雷达测量所处物空间坐标轴X误差传导函数，分析所述探地雷达的误差来源，确定雷达探测参数；步骤S200：测定第t次雷达探测参数；步骤S300：将第t次所述雷达探测参数代入所述物空间坐标轴X误差传导函数，计算得到第t次雷达探测误差量。2.根据权利要求1所述的探地雷达测量误差计算方法，其特征在于，所述探地雷达定位模型的构建包括以下步骤：步骤S110：通过所述探底雷达的天线坐标系和物方坐标系，构建将地下待测量目标点的坐标转换到如下式(10)所示的绝对大地坐标的关系式：其中，XS、YS、ZS是雷达天线中心S的地理坐标，Xa、Ya、Za是地下待测量目标点的地理坐标，xa、ya、za是天线坐标系下的地下待测量目标点坐标，其中，其中，ω、κ为由天线平板的定姿装置确定的三个相互独立的转角；步骤S120：测量GPS天线与所述探地雷达的天线坐标系原点之间的位置偏移XGPS、YGPS、ZGPS，XGPS、YGPS、ZGPS满足下式(11)：其中，步骤S130：由式(10)和式(11)得到表达探地雷达天线相位中心瞬时位置的探地雷达定位模型如式(13)：3.根据权利要求1所述的探地雷达测量误差计算方法，其特征在于，所述物空间坐标轴X误差传导函数为式(16)：其中，4.根据权利要求1～3中任一项所述的探地雷达测量误差计算方法，其特征在于，所述雷达探测参数包括定位误差参数、定姿误差参数和测距误差。5.根据权利要求4所述的探地雷达测量误差计算方法，其特征在于，所述定位误差参数包括GPS安装误差量和雷达天线相位中心位置误差量；优选的，所述定姿误差参数包括波束指向系统误差量、微波折射误差量、惯性测量装置测量误差、惯性测量装置安装误差；...

【专利技术属性】
技术研发人员：高力，方勇，江振治，胡海彦，刘志铭，曹彬才，张昊，张笑微，
申请(专利权)人：高力，
类型：发明
国别省市：陕西,61