基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法技术

本发明专利技术涉及激光遥感技术，具体涉及基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法，以激光雷达系统参数、点云数据、CCR布设参数和优化迭代参数为输入条件，通过CCR点云数据的特征提取、CCR点云数据段长度的补偿及其点云数据段中点坐标的修正，计算不同激光足印直径条件下CCR在沿轨方向左右两侧的理论位置坐标与CCR实际位置的定位偏差，以CCR地面定位偏差的均方根误差最小化为依据，利用迭代搜索法得到激光足印定位系统偏差值。该单光子激光雷达在轨检校方法能够提升由于CCR点云数据段数量较少和激光指向角随机误差较大时的定位偏差精度，特别适用于星载单光子激光雷达地面探测的真实性检验过程。地面探测的真实性检验过程。地面探测的真实性检验过程。

【技术实现步骤摘要】
geolocation validation using ground
‑
based corner cuberetro
‑
reflectors.Remote Sensing.2020,12,3653)。这种检校方法在没有考虑CCR数 据段长度的不确定度和数据缺失的情况下，利用CCR点云数据处理算法及其检 校原理，实现了激光足印定位系统偏差的解算。然而，这种检校方法针对CCR 数据段数量较少以及数据缺失率较大的情形，所解算得到的激光足印定位系统偏 差精度会发生急剧下降，因而无法适用于激光足印覆盖CCR数目较少以及激光 指向角随机误差较大时的单光子激光雷达在轨检校。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供一种基于激光角反射器点云信号的单 光子激光雷达足印几何定位坐标的解算方法，适用于星载单光子激光雷达的在轨 检校。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：基于激光角反射器点云信 号的单光子激光雷达在轨检校方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、输入激光雷达系统参数和点云数据、CCR布设参数和优化迭代参数；
[0009]步骤2、通过提取CCR点云数据中所有CCR点云数据段的特征参数、CCR 点云数据段长度的补偿及其点云数据段中点坐标的修正，计算不同激光足印直径 条件下CCR在沿轨方向左右两侧的理论位置坐标与CCR实际位置的定位偏差；
[0010]步骤3、以CCR沿轨偏差与垂轨偏差的均方根误差之和最小化为依据，搜 索得到激光足印定位的系统偏差值。
[0011]在上述基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法中，
[0012]步骤1所述激光雷达系统参数包括：探测器的死区时间t
d
、发射激光脉冲的 均方根脉宽σ和激光足印的沿轨间距d
l
；
[0013]步骤1所述激光雷达点云数据包括：每个数据点的大地坐标和沿轨距离；
[0014]步骤1所述CCR布设参数包括：CCR布设数量N、CCR的安置高度h
p
和 安置位置坐标(Xp，yp)，其中，p＝1，2，3...N；
[0015]步骤1所述优化迭代参数包括：激光足印直径范围{d
min
，d
max
}，激光足印直 径迭代步长Δr，数据段长度迭代步长Δl。
[0016]在上述基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法中，步骤 2所述提取激光雷达点云数据中所有CCR点云数据段的特征参数包括以下子步 骤：
[0017]步骤2.1、利用波形分析法和密度聚类算法分别对激光雷达点云数据进行粗 去噪和精去噪，基于样条拟合法从滤噪后的点云数据中提取，得到地面轮廓线；
[0018]步骤2.2、在滤噪后的点云数据中，搜索距离地面轮廓线为h
j
±
Δh的数据点 作为CCR的点云数据，其中，Δh是CCR点云数据的高程变化范围， Δh＝min(ct
d
/2，3cσ)，c为光速；按照CCR的安置高度将CCR点云数据分成n 个数据段；
[0019]步骤2.3、提取所有CCR点云数据段的特征参数，包括以下步骤：
[0020]步骤2.3.1、计算每个CCR点云数据段起止点所对应的沿轨距离差值，将其 作为数据长度l
i
，i＝1，2，3...n；
[0021]步骤2.3.2、统计所有CCR点云数据段中有效数据点的总个数z；
[0022]步骤2.3.3、计算所有CCR点云数据段数据长度组合序列，包括以下子过程：
[0023]A.将每个CCR点云数据段数据长度l
i
扩展为一个数据长度列ll
i
： ll
is
＝l
i
+Δl
·
ε，其中，ε＝1，2，3...，[dl/Δl]int
，[]int
表示取整运算；
[0024]B.从每个数据长度列中选取一个数据长度组成CCR点云数据段数据长度组 合序列Λ
t
：Λ
t
＝{L
1t
，L
2t
，L
3t
...，L
nt
}，其中，t＝1，2，3...，([dl/Δl]int
)
i
，表示数据 长度组合序列号，L
it
是第t组数据长度组合序列中第i个CCR点云数据段的数据 长度：
[0025][0026]∈
it
＝(mod([(t
‑
1)/([dl/Δl]int
)
i
‑1]int
′
[dl/Δl]int
)
‑
1)
[0027]其中，mod()表示求余运算；
[0028]步骤2.3.4、计算每个CCR点云数据段的中点所对应的大地坐标(u
i
，v
i
)：
[0029][0030]其中，(a
s
，b
s
)和(a
e
，b
e
)分别是CCR数据段起止点大地坐标；
[0031]步骤2.3.5、基于CCR安置高度，搜索得到每个CCR点云数据所对应CCR 大地坐标(X
i
，Y
i
)；
[0032]步骤2.3.6、利用线性最小二乘法拟合法提取每个CCR点云数据拟合线在大 地坐标下的倾斜角α和yy轴的截距β；
[0033]步骤2.3.7、获取所有CCR点云数据段的数据缺失点的大地坐标坐标，包括 以下子过程：
[0034]A.从每个CCR点云数据段的起点开始，以激光足印沿轨间距为步长搜索数 据点，若搜索位置处无数据点，则设定为数据缺失点；统计每个CCR点云数据 段缺失点总数y
i
，并获取每个缺失点到数据段起点的沿轨距离差值DL
im
：
[0035]DL
im
＝w
·
d
l
[0036]其中，w表示第i个CCR点云数据段中第w次搜索，m表示第i个CCR点云 数据段中第m个数据缺失点；
[0037]B.计算数据缺失点的大地坐标(r
im
，e
im
)：
[0038]r
im
=a
s
+DL
im cosα
[0039]e
im
＝b
s
+DL
im sinα。
[0040]在上述基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法中，步骤 3所述以CCR沿轨偏差与垂轨偏差的均方根误差之和最小化为原则，搜索得到 激光足印定位的系统偏差值，包括以下子步骤：
[0041]步骤3.1、搜索C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、输入激光雷达系统参数和点云数据、CCR布设参数和优化迭代参数；步骤2、通过提取CCR点云数据中所有CCR点云数据段的特征参数、CCR点云数据段长度的补偿及其点云数据段中点坐标的修正，计算不同激光足印直径条件下CCR在沿轨方向左右两侧的理论位置坐标与CCR实际位置的定位偏差；步骤3、以CCR沿轨偏差与垂轨偏差的均方根误差之和最小化为依据，搜索得到激光足印定位的系统偏差值。2.根据权利要求1所述基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法，其特征在于：步骤1所述激光雷达系统参数包括：探测器的死区时间t
d
、发射激光脉冲的均方根脉宽σ和激光足印的沿轨间距d
l
；步骤1所述激光雷达点云数据包括：每个数据点的大地坐标和沿轨距离；步骤1所述CCR布设参数包括：CCR布设数量N、CCR的安置高度h
p
和安置位置坐标(Xp，yp)，其中，p＝1，2，3...N；步骤1所述优化迭代参数包括：激光足印直径范围{d
min
，d
max
}，激光足印直径迭代步长Δr，数据段长度迭代步长Δl。3.根据权利要求1所述基于激光角反射器点云信号的单光子激光雷达在轨检校方法，其特征在于：步骤2的实现包括以下子步骤：步骤2.1、利用波形分析法和密度聚类算法分别对激光雷达点云数据进行粗去噪和精去噪，基于样条拟合法从滤噪后的点云数据中提取，得到地面轮廓线；步骤2.2、在滤噪后的点云数据中，搜索距离地面轮廓线为h
j
±
Δh的数据点作为CCR的点云数据，其中，Δh是CCR点云数据的高程变化范围，Δh＝min(ct
d
/2，3cσ)，c为光速；按照CCR的安置高度将CCR点云数据分成n个数据段；步骤2.3、提取所有CCR点云数据段的特征参数，包括以下步骤：步骤2.3.1、计算每个CCR点云数据段起止点所对应的沿轨距离差值，将其作为数据长度l
i
，i＝1，2，3...n；步骤2.3.2、统计所有CCR点云数据段中有效数据点的总个数z；步骤2.3.3、计算所有CCR点云数据段数据长度组合序列，包括以下子过程：A.将每个CCR点云数据段数据长度l
i
扩展为一个数据长度列ll
i
：ll
iε
＝l
i
+Δl
·
ε，其中，ε＝1，2，3...，[dl/Δl]
int
，[]
int
表示取整运算；B.从每个数据长度列中选取一个数据长度组成CCR点云数据段数据长度组合序列Λ
t
：Λ
t
＝{L
1t
，L
2t
，L
3t
...，L
nt
}，其中，t＝1，2，3...，([dl/Δl]
int
)
i
，表示数据长度组合序列号，L
it
是第t组数据长度组合序列中第i个CCR点云数据段的数据长度：∈
it
＝(mod([(t
‑
1)/([dl/Δl]
int
)
i
‑1]
int
，[dl/Δl]
int
)
‑
1)其中，mod()表示求余运算；步骤2.3.4、计算每个CCR点云数据段的中点所对应的大地坐标(u
i
，v
i
)：
其中，(a
s
，b
s
)和(a
e
，b
e
)分别是CCR数据段起止点大地坐标；步骤2.3.5、基于CCR安置高度，搜索得到每个CCR点云数据所对应CCR大地坐标(X
i
，Y
i
)；步骤2.3.6、利用线性最小二乘法拟合法提取每个CCR点云数据拟合线在大地坐标下的倾斜角α和y轴的截距β；步骤2.3.7、获取所有CCR点云数据段的数据缺失点的大地坐标坐标，包括以下子过程：A.从每个CCR点云数据段的起点开始，以激光足印沿轨间距为步长搜索数据点，若搜索位置处无数据点，则设定为数据缺失点；统计每个CCR点云数据段缺失点总数y
i
，并获取每个缺失点到数据段起点的沿轨距离差值DL
im
：DL
im
＝w
·
d
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其中，w表示第i个CCR点云数据段中第w次搜索，m表示第i个CCR点云数据段中第m个数据缺失点；B.计算数据缺失点的大地坐标(r
im
，e
im
)：r
im
＝a
s
+DL
im
cosαe

【专利技术属性】
技术研发人员：周辉，张千胤，李松，马跃，田昕，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：