專利名稱：一種機載掃描激光雷達隨機指向誤差的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于機載激光雷達的誤差分析方法。
背景技術(shù)：
機載激光雷達作為獲取高分辨率三維空間信息的全新工具，在地形測繪、資源勘探、災(zāi)害監(jiān)測等方面應(yīng)用廣泛。激光雷達掃描過程中，若激光束與掃描鏡之間的對準(zhǔn)關(guān)系發(fā)生偏離，那么經(jīng)掃描鏡反射后出射的激光束會產(chǎn)生指向誤差，主要表現(xiàn)為俯仰角誤差、側(cè)滾角誤差、偏航角誤差和掃描角誤差，導(dǎo)致DSM數(shù)據(jù)坐標(biāo)偏移，嚴(yán)重影響激光腳點定位精度。目前國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)激光雷達各子系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)誤差形成機理，分析激光束指向誤差的影響因素以及對激光雷達探測數(shù)據(jù)精度的影響。但是由于大氣湍流擾動和飛機發(fā)動機振動引起的機載平臺速度變化、姿態(tài)抖動、掃描鏡振動、載荷內(nèi)部掃描機構(gòu)控制誤差等，激光束指向誤差對激光腳點定位精度的影響突出表現(xiàn)為隨機性，即使系統(tǒng)誤差相同，不同時刻不同激光腳點激光束指向誤差對其三維坐標(biāo)精度的影響也不同。運用現(xiàn)有的系統(tǒng)誤差分析方法無法分析機載激光雷達隨機指向誤差，造成誤差溯源結(jié)果與實際測量結(jié)果之間具有較大偏差，存在準(zhǔn)確度低、適用范圍窄、偶然因素大、校正效果差等問題。本發(fā)明提出一種機載激光雷達隨機指向誤差的分析方法，以統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ)將隨機誤差與系統(tǒng)誤差融為一體，對激光束指向誤差進行建模分析，具有精度高、實效好、操作方便等優(yōu)點，可為運動狀態(tài)下激光雷達高分辨率成像的高精度補償提供理論和方法支持。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的機載激光雷達系統(tǒng)誤差分析方法無法分析激光束隨機指向誤差的問題，本發(fā)明提出一種機載激光雷達隨機指向誤差的分析方法，具體發(fā)明內(nèi)容如下:1.建立機載激光雷達指向誤差的蒙特卡洛隨機模型，其步驟包括:(I)分析影響激光腳點三維坐標(biāo)誤差的因素，建立統(tǒng)一的誤差傳遞方程；(2)根據(jù)激光雷達定位方程中各個參數(shù)的理想值，計算無誤差時激光腳點在WGS84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)(X84，Y84，Z84)；(3)估計機載激光雷達實際飛行作業(yè)時各參數(shù)誤差的統(tǒng)計分布規(guī)律；(4)用蒙特卡洛法計算考慮參數(shù)誤差后的激光腳點三維坐標(biāo)(X8/，Y84’，Z84)；(5)計算三維坐標(biāo)誤差(Δ X84, ΔΥ84, ΔΖ84) = (χ84，，y84’，Z84’ ) - (x84, y84, Z84)；(6)返回步驟(3)，進行多次循環(huán)計算，得到激光腳點三維坐標(biāo)誤差的統(tǒng)計分布規(guī)律。2.建立機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差的概率統(tǒng)計分析模型，其步驟包括:(I)根據(jù)平臺振動特征頻率與激光腳點三維坐標(biāo)誤差之間的映射關(guān)系，分析特征頻率服從典型隨機概率分布(正態(tài)分布、均勻分布、指數(shù)分布、伽馬分布、威布爾分布)時，坐標(biāo)誤差的隨機概率分布；(2)通過對一定容量的三維坐標(biāo)誤差樣本進行統(tǒng)計分析，估計出服從特定隨機概率分布的三維坐標(biāo)誤差的總體均值在特定可信度下的估計區(qū)間；(3)在特定顯著性水平下對坐標(biāo)誤差的總體均值做出假設(shè)，通過抽取的樣本信息對提出的假設(shè)進行檢驗，最后做出判斷是接受假設(shè)還是拒絕假設(shè)。


圖1為機載激光雷達指向誤差的蒙特卡洛隨機模型流程圖；圖2為機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差的概率統(tǒng)計分析模型流程圖。
具體實施例方式下面描述本發(fā)明的具體實施方式
:(I)確定需要分析的機載激光雷達指向誤差的主要影響因子；(2)利用機載激光雷達指向誤差的蒙特卡洛隨機模型，分析當(dāng)主要影響因子取值發(fā)生隨機微小變化時，激光腳點三維坐標(biāo)誤差的統(tǒng)計分布規(guī)律；(3)確定機載平臺振動頻率服從的概率分布，通過機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差概率統(tǒng)計分析模型的步驟(1)，求出坐標(biāo)誤差的概率分布；(4)輸入三維坐標(biāo)誤差樣本，設(shè)置可信度，通過機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差概率統(tǒng)計分析模型的步驟(2 )，求出三維坐標(biāo)誤差的總體均值；(5)設(shè)置顯著性水平，輸入坐標(biāo)誤差總體均值的假設(shè)值，通過機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差概率統(tǒng)計分析模型的步驟(3)，得到假設(shè)檢驗結(jié)果。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明建立機載激光雷達指向誤差的蒙特卡洛隨機模型，分析當(dāng)指向誤差主要影響因子的取值發(fā)生隨機微小變化時，激光腳點三維坐標(biāo)誤差的統(tǒng)計分布規(guī)律。建立機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差的概率統(tǒng)計分析模型，在特定可信度下對平臺隨機振動產(chǎn)生的坐標(biāo)誤差的總體均值進行區(qū)間估計和假設(shè)檢驗。
2.按照權(quán)利要求1所述的機載激光雷達指向誤差的蒙特卡洛隨機模型，其特征是模型的建立步驟包括: (1)分析影響激光腳點三維坐標(biāo)誤差的因素，建立統(tǒng)一的誤差傳遞方程； (2)根據(jù)激光雷達定位方程中各個參數(shù)的理想值，計算無誤差時激光腳點在WGS84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)； (3)估計機載激光雷達實際飛行作業(yè)時各參數(shù)誤差的統(tǒng)計分布規(guī)律； (4)用蒙特卡洛法計算考慮參數(shù)誤差后的激光腳點三維坐標(biāo)； (5)計算三維坐標(biāo)誤差； (6)返回步驟(3)，循環(huán)計算，得到激光腳點三維坐標(biāo)誤差統(tǒng)計分布規(guī)律。
3.按照權(quán)利要求1所述的機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差的概率統(tǒng)計分析模型，其特征是模型的建立步驟包括: (1)根據(jù)平臺振動特征頻率與激光腳點三維坐標(biāo)誤差之間的映射關(guān)系，分析特征頻率服從典型隨機概率分布時，坐標(biāo)誤差的隨機概率分布； (2)通過對一定容量的三維坐標(biāo)誤差樣本進行統(tǒng)計分析，估計出服從特定隨機概率分布的三維坐標(biāo)誤差的總體均值在特定可信度下的估計區(qū)間； (3)在特定顯著性水平下對坐標(biāo)誤差的總體均值做出假設(shè)，通過抽取的樣本信息對提出的假設(shè)進行檢驗，最后做出判斷是接受假設(shè)還是拒絕假設(shè)。
全文摘要
機載掃描激光雷達隨機指向誤差的分析方法是一種應(yīng)用于激光雷達誤差溯源的方法。它能解決現(xiàn)有的機載激光雷達系統(tǒng)誤差分析方法無法分析激光束隨機指向誤差的問題。本發(fā)明建立機載激光雷達指向誤差的蒙特卡洛隨機模型，分析當(dāng)指向誤差主要影響因子的取值發(fā)生隨機微小變化時，激光腳點三維坐標(biāo)誤差的統(tǒng)計分布規(guī)律。建立機載平臺隨機振動下坐標(biāo)誤差的概率統(tǒng)計分析模型，在特定可信度下對平臺隨機振動產(chǎn)生的坐標(biāo)誤差的總體均值進行區(qū)間估計和假設(shè)檢驗。本發(fā)明用于分析機載激光雷達指向誤差的隨機特性。
文檔編號G01S7/497GK103149557SQ20131003461
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者藍天, 彭濤, 吳洪波, 倪國強 申請人:北京理工大學(xué)