本发明专利技术提供了一种激光雷达平台上高精度定位、定姿的装置和方法，该装置主要包括：可量测照相单元，惯性测量单元和高精度位置、姿态测量及解算单元。该方法主要包括：在激光雷达平台的飞行轨迹上通过可量测照相获得航空数码影像，对获得的航空数码影像进行相对定向计算，获得激光雷达平台在工作航线上的低频高精度姿态参数值；通过惯性测量单元获得激光雷达平台的高频低精度姿态参数；利用所述相对定向获得的低频高精度姿态参数值对所述高频低精度姿态参数进行修正处理，获得激光雷达平台的高精度姿态参数信息。利用本发明专利技术，可以降低高精度位置与姿态测量系统的成本，提高高精度位置与姿态测量系统的精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间测量领域，尤其涉及一种激光雷达平台上高精度定位、 定姿的装置和方法。
技术介绍
高精度位置与姿态测量系统在Lidar (激光雷达)工程测量中高精度地记 录激光雷达平台的姿态和位置的变化。利用高精度姿态和位置测量系统，能 够使Lidar (激光雷达)既保证测量精度，又能大大地提高测量效率。由于Lidar在工程测量中的测绘工作的特点决定了其数据处理的实时性要 求不高，利用高精度姿态和位置测量系统，Lidar系统进行数据采集和处理的 处理流程如图1所示，该处理流程包括两个阶段导航原始数据的实时记录 和导航数据结果的事后处理。机载的Lidar进行数字化三维地图的绘制的过程主要分为以下三个步骤1、 数据采集进行实时的数字摄像机的图片数据、激光雷达的数据、惯 性测量单元数据、高精度GPS ( Global Positioning System,全球定位系 统)或RTK ( Real - time kinematic)数据等数据的采集。2、 事后数据处理利用上述采集到的惯性测量单元数据和高精度GPS 数据进行高精度组合导航计算，获得激光雷达平台测绘过程中地理坐标系以 及当地坐标系下的高精度位置和姿态(横滚、俯仰、航向)等高精度导航信 息。3、解算地理信息主要是对上述获得的高精度导航信息和数字摄像机的 图片数据进行整合处理，获得二维地理信息，然后利用Lidar的高度信息处 理，获得激光雷达平台的高精度的三维地理信息。现有技术中的高精度位置及姿态测量系统主要包括高精度IMU (惯性测 量单元)、差分GPS接收机、导航计算机(包含实时导航软件)和一套后处 理软件包。采用捷联安装的三轴陀螺仪/三轴加速度计组成的高精度IMU进行 惯性测量，采用差分GPS进行高精度定位，通过IMU和差分GPS数据进行组 合导航计算，实现长时间高精度的定位定向。现有技术中的 一 种高精度位置及姿态测量系统中的空基定位和导航系统 对惯导测量姿态数据进行修正的原理示意图如图2所示。具体实现过程主要 为数据后处理软件利用高精度GPS数据，检测惯导测量姿态数据的精度， 当惯导测量姿态数据的漂移超过了 GPS检测到的范围时，就对惯导测量姿态 数据进行修正。通过不断的修正和滤波实现高精度导航和Lidar系统的高精度 姿态数的获取，实现组合导航和Lidar系统高精度定姿的要求。上述现有技术中的高精度位置及姿态测量系统的缺点为整个高精度位 置及姿态测量系统特别是高精度IMU的价格非常昂贵，从而使Lidar系统的整 体成本很高，普通用户难以承受。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光雷达平台上高精度定姿的装置和方法。从 而可以降低高精度位置与姿态测量系统的成本，提高高精度位置与姿态测量 系统的精度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种激光雷达平台上高精度定位、定姿装置，在激光雷达系统中设置可 量测照相单元，惯性测量单元、高精度位置、姿态测量及解算单元，其中各单元组成和功能如下，可量测照相单元用于在激光雷达平台的飞行航线上通过摄影获得航空 数码影像，对获得的航空数码影像进行相对定向计算，获得激光雷达平台在 工作航线上的低频高精度姿态参数值，将该相对定向获得的低频高精度姿态参数值传输给高精度位置、姿态测量及解算单元；惯性测量单元用于获得激光雷达平台在工作航线上的高频低精度姿态 参数值，将该高频低精度姿态参数传输给高精度位置、姿态测量及解算单 元；高精度位置、姿态测量及解算单元用于将可量测照相单元传输过来的平台低频高精度姿态参数值作为平台在轨姿态约東边界，对惯性测量单元传 输过来的平台高频低精度姿态参数进行修正处理，获得激光雷达平台的高精 度位置和姿态参数。一种激光雷达平台上高精度定位、定姿的方法，包括在激光雷达平台的飞行轨迹上通过可量测照相获得航空数码影像，对获 得的航空数码影像进行相对定向计算，获得激光雷达平台在工作航线上的低 频高精度姿态参数值；通过惯性测量单元获得激光雷达平台的高频低精度姿 态参数；利用所述相对定向获得的低频高精度姿态参数值对所述高频低精度姿态 参数进行修正处理，获得激光雷达平台的高精度姿态参数信息。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术利用可量测照相机获得 航空数码影像，并对航空数码影像进行相对定向计算，利用相对定向结果对 低精度惯导输出的低精度姿态参数信息进行修正，获得激光雷达平台的高精 度姿态参数信息。从而可以降低高精度位置与姿态测量系统的成本，提高高 精度位置与姿态测量系统的精度。满足Lidar系统高精度测量的要求。本专利技术成果利用于激光雷达平台不仅降低了整个系统的使用成本，而且，为机载激 光雷达系统国产化，推广该技术在国民经济各个领域的应用发挥作用。附图说明图1为现有技术中利用高精度姿态和位置测量系统，Lidar系统进行数据 采集和处理的流程图；图2为现有技术中的 一种高精度位置及姿态测量系统中对惯导测量姿态 数据进行修正的原理示意图；图3为本专利技术所述装置的实施例的结构图；图4为应用了本专利技术所述装置的Lidar系统的设计原理图；图5为本专利技术所述方法的实施例的处理流程图；图6为相对定向运算的原理示意图；图7为通过高精度GPS测量姿态变化范围信息和相对定向获得的低频高 精度姿态信息分别对高频低精度姿态参数进行修正处理的原理示意图。具体实施方式本专利技术提供了 一种。下面结合附图来详细描述本专利技术，本专利技术所述装置的实施例的结构图如 图3所示，包括可量测照相单元、惯性测量单元、空中位置测量单元、高 精度位置、姿态测量及解算单元、激光扫描单元和三维坐标信息获取单元。 下面分别介绍各个单元的功能。可量测照相单元用于根据预先设定的时间间隔在激光雷达平台的飞行轨迹上，通过可量测照相机获得航空数码影像，用摄影测量理论对获得的相 邻航空数码影像进行相对定向计算，获得激光雷达平台在工作航线上的低频 高精度姿态参数值。将获得的低频高精度姿态参数信息传输给高精度位置、 姿态测量及解算单元。惯性测量单元用于获得激光雷达平台在工作航线上的高频低精度姿态 参数，将该高频低精度姿态参数传输给高精度位置、姿态测量及解算单元。惯性测量单元可以为低精度IMU，通过低精度的IMU获得激光雷达平台的高 频低精度姿态采样信息，将获得的低精度姿态参数信息传输给高精度位置、 姿态测量及解算单元。空中位置测量单元用于获取激光雷达平台的高精度空间运动轨迹数 据，并将该高精度空间运动轨迹数据传输给高精度位置、姿态测量及解算单 元。空中位置测量单元可以为GPS位置测量单元、伽利略定位系统位置测 量单元、北斗位置测量单元等卫星定位系统。如差分GPS位置测量单元可以 通过高精度GPS系统获得激光雷达平台的高平面精度运动轨迹数据，该GPS 数据包括激光雷达平台的位置信息。将获得的高精度GPS数据传输给高精度 位置、姿态测量及解算单元和三维坐标信息获取单元。高精度GPS能提供平面距离量测精度优于十万分之一 、采样频率高达 20Hz以上的飞行轨迹数据。利用这些高精度平面位置数据可以约束惯导漂移 和为影像的相对定向提供初值。高精度位置、姿态测量及解算单元用于根据可量测照相单元传输过来 的利用影像相对定向技术获得的摄影时刻的低频高精度姿态参数值和空中位 置测量单元传输过来的激本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光雷达平台上高精度定位、定姿装置，其特征在于，在激光雷达系统中设置可量测照相单元，惯性测量单元、高精度位置、姿态测量及解算单元，其中各单元组成和功能如下，可量测照相单元：用于在激光雷达平台的飞行航线上通过摄影获得航空数码影像，对获得的航空数码影像进行相对定向计算，获得激光雷达平台在工作航线上的低频高精度姿态参数值，将该相对定向获得的低频高精度姿态参数值传输给高精度位置、姿态测量及解算单元；惯性测量单元：用于获得激光雷达平台在工作航线上的高频低精度姿态参数值，将该高频低精度姿态参数传输给高精度位置、姿态测量及解算单元；高精度位置、姿态测量及解算单元：用于将可量测照相单元传输过来的平台低频高精度姿态参数值作为平台在轨姿态约束边界，对惯性测量单元传输过来的平台高频低精度姿态参数进行修正处理，获得激光雷达平台的高精度位置和姿态参数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林宗坚，苏国中，张珂殊，
申请(专利权)人：北京北科天绘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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