机载LIDAR系统误差分析与检校方法研究

论文摘要

机载LIDAR(Light Detection And Ranging)是一种主动式对地观测系统,它是激光测距技术、计算机技术、动态差分GPS定位技术、高动态载体姿态测定技术迅速发展的集中体现,具有控制测量依赖性少、受天气影响小、自动化程度高、成图周期短等特点,可能为测绘行业带来一场新的技术革命(刘经南,2002)。由于LIDAR系统在快速三维信息获取、森林精准计测、城市三维建模等方面具有巨大优势。欧美发达国家已相继研制出多种型号机载LIDAR,但国内研究起步较晚,距国际水平还有很大差距。因此,迫切需要突破相关关键技术,研制具有自主知识产权的高精度机载LIDAR系统。本文从组成机载LIDAR系统不同部件的误差产生机制出发,主要讨论了机载LIDAR系统的误差及检校方法,具体内容如下：1.详细讨论了机载激光雷达测量系统的各种误差源,包括测距误差、测角误差、GPS定位误差、姿态测量误差、系统集成误差等,并详细推导了各项误差模型,定量分析了各项误差对激光脚点坐标的影响。由分析结论可知进行误差检校的必要性。2.针对激光扫描仪自身的测角、测距误差分别提出了相对静态检校法、绝对静态检校法进行检校,建立了测角、测距误差的改正模型。通过试验验证了这两种方法的可行性,并给出了精度评价。3.针对机载LIDAR系统存在的安置角误差,本文提出了利用地面控制点反求系统安置角的方法,根据最小二乘原理推导了求解系统安置角的几何模型。通过试验验证了该方法的可行性,并给出了精度评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 机载激光雷达的应用
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 机载激光雷达测量系统简介
• 2.1 机载激光雷达测量系统组成
• 2.2 机载激光雷达扫描
• 2.3 机载激光雷达对地定位几何原理
• 2.4 坐标系统
• 2.5 坐标系统之间的转换
• 3 机载激光雷达测量误差分析
• 3.1 机载激光雷达测量误差来源
• 3.2 机载激光雷达测量误差模型
• 3.3 机载激光雷达测量误差模拟与分析
• 4 机载激光雷达测量单机检校
• 4.1 测角误差校正
• 4.2 测距误差校正
• 5 机载激光雷达测量集成检校
• 5.1 地对地检校场的设计
• 5.2 系统安置角求解模型
• 5.3 系统安置角求解算例
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文及参加项目情况