机载激光雷达光束指向标定方法、系统及激光光斑探测器技术方案

本发明专利技术公开了一种机载激光雷达光束指向标定方法、系统及激光光斑探测器。该方法包括：步骤1，在激光雷达的扫描视场布设激光光斑探测器，激光光斑探测器包括探测器组和探测器组支撑框；步骤2，在水平方向和/或垂直方向上移动该探测器组，探测该激光雷达的激光光斑的边缘，确定该激光光斑的中心位置；步骤3，测量该中心位置的空间坐标，采集激光雷达针对中心位置的激光测量数据；在激光雷达的扫描视场内改变激光光斑探测器的位置，执行步骤2‑3，使激光光斑探测器探测到扫描视场内的不同激光光斑；步骤4，根据激光光斑的中心位置的空间坐标和激光测量数据，利用激光雷达光束指向模型，解算该激光雷达的标定参数，实现机载激光雷达光束指向标定。

Calibration method, system and laser spot detector of airborne lidar

【技术实现步骤摘要】
机载激光雷达光束指向标定方法、系统及激光光斑探测器
本专利技术涉及机载激光雷达的光束指向标定，特别是涉及一种机载激光雷达光束指向标定方法、系统及激光光斑探测器。
技术介绍
机载激光雷达是一种远距离、高精度获取地理空间信息的传感器，光束指向精度是影响机载激光雷达获取空间信息精度的关键因素，因此必须在出厂前进行激光雷达光束指向的精确标定。机载激光雷达标定方法分为地面标定和机载标定，由于机载激光雷达多使用可见光以外的红外波段，裸眼无法识别激光光斑位置，地面标定时多通过红外探测片探测激光光束指向和光斑位置；机载飞行标定时通过布设大尺寸的地面标志或模型靶标，解算点云后提取靶标的特征点空间坐标，实现激光雷达标定。在远距离或太阳散射光影响下，地面标定很难识别和确定激光光斑的位置；故而在太近的距离下进行机载激光雷达光束指向标定，光束指向标定精度无法满足激光雷达机载作业的要求。采用机载标定的成本较高，且姿态测量精度和激光光斑位置测量精度直接影响光束指向标定结果。
技术实现思路
本专利技术公开了一种机载激光雷达光束指向标定方法，可以实现机载激光雷达的光束指向的精确标定，有效提高激光雷达的目标测量精度。本专利技术使得激光光斑探测不受太阳散射光、探测距离和裸眼识别受限等因素影响。本专利技术通过在长度和宽度满足标定精度要求的室内或室外标定场，架设激光光斑探测器，搜索激光光斑的范围和中心位置，布设反射标识并测量其中心位置的坐标，采集反射标识处的激光测量数据；建立严格的机载激光雷达光束指向和测距模型，通过测量的光斑中心的空间坐标和解算的激光测量坐标，计算激光雷达标定参数，实现机载激光雷达的光束指向精确标定。本专利技术公开了一种机载激光雷达光束指向标定方法，包括：步骤1，在激光雷达的扫描视场内布设激光光斑探测器，所述激光光斑探测器包括可移动的探测器组和探测器组支撑框；步骤2，通过在水平方向和/或垂直方向上移动该探测器组，探测该激光雷达的激光光斑的边缘，并确定该激光光斑的中心位置；步骤3，测量该激光光斑的中心位置的空间坐标，采集激光雷达针对该中心位置的激光测量数据；在激光雷达的扫描视场范围内改变该激光光斑探测器的位置，执行步骤2-3，使该激光光斑探测器探测到扫描视场内的不同激光光斑；步骤4，根据该激光光斑的中心位置的空间坐标和该激光测量数据，利用激光雷达光束指向模型，解算该激光雷达的标定参数，实现机载激光雷达光束指向标定。步骤2通过移动该探测器组支撑框和探测器组，确定该激光雷达的扫描面和激光光斑位置。步骤2通过水平方向移动该探测器组的垂直探测器组，探测该激光光斑的左边缘和右边缘；通过垂直方向移动水平探测器组，探测该激光光斑的上边缘和下边缘；记录左右边缘和上下边缘在该探测器组支撑框的标尺位置，确定该激光光斑的中心位置。该激光光斑探测器还包括可移动的反射标识支架，步骤3进一步包括：移动该反射标识支架至该中心位置，在该中心位置布设反射标识，利用全站仪测量该反射标识的空间坐标，并采集激光雷达数据，提取该反射标识处的激光测量数据，该激光测量数据包括测距值和测角值。所述激光雷达放置于激光雷达光束指向标定场中，该激光雷达光束指向标定场的长度和宽度，通过以下方法计算：长度＝光斑量测精度÷比例尺宽度＝2×长度×tan(θ/2)其中，θ是激光雷达扫描视场角。该激光雷达光束指向模型为：其中，H为入射光线相对激光雷达转镜的水平偏转参数，V为入射光线相对激光雷达转镜的垂直偏转参数，b为测角误差参数，f为转镜镜面零位参数，T为激光雷达设备坐标系旋转角误差参数，v为测量坐标系旋转角误差参数，R为测距值，wt为测角值，Xg、Yg和Zg是该激光光斑的中心位置的空间坐标，Gx、Gy和Gz表示激光雷达光束指向矢量分别在测量坐标系X、Y和Z轴的投影函数，该激光测量数据包括该R和wt。本专利技术公开了一种用于机载激光雷达光束指向标定的激光光斑探测器，所述激光光斑探测器可布设在激光雷达的扫描视场内的不同扫描角方向，所述激光光斑探测器包括：可移动的探测器组，该探测器组包括水平探测器组和垂直探测器组，水平探测器组可上下移动，垂直探测器组可左右移动，用于探测该激光雷达的激光光斑的边缘；探测器组支撑框，该可移动的探测器组设置在该探测器组支撑框中，所述探测器组支撑框具有标尺，通过标尺确定该激光雷达的激光光斑的边缘。该激光光斑探测器还包括激光触发电路和光斑探测指示器，当该探测器组探测到激光光斑时，激光触发电路被触发，对应的光斑探测指示器被点亮。该激光光斑探测器还包括可移动的反射标识支架，根据该探测器组探测的激光光斑的中心位置，通过移动反射标识支架使反射标识处于激光光斑的中心位置，激光雷达进行数据采集后可精确提取该激光光斑的中心位置的激光测量数据。该激光光斑探测器还包括窄带滤光片，设置于该探测器组前方，用于抑制太阳散射光的干扰。该激光光斑探测器还包括可升降装置，用于升降该探测器组支撑框。本专利技术公开了一种用于机载激光雷达的光束指向标定系统，包括：激光雷达；所述的激光光斑探测器；全站仪，测量该激光光斑的中心位置的空间坐标；数据处理装置，根据该空间坐标以及激光测量数据，利用激光雷达光束指向模型，解算该激光雷达的标定参数，实现机载激光雷达光束指向标定；其中，该激光测量数据由该激光雷达对该激光光斑的中心位置扫描并解算而得到。通过上述技术方案，使得本专利技术可以实现机载激光雷达的光束指向的精确标定，有效提高激光雷达的目标测量精度。本专利技术针对激光光斑的探测不受太阳散射光、探测距离和裸眼识别受限等因素影响。本专利技术通过在长度和宽度满足标定精度要求的室内或室外标定场，架设激光光斑探测器，搜索激光光斑的范围和中心位置，布设反射标识并测量其中心位置的坐标，采集反射标识处的激光测量数据；建立严格的机载激光雷达光束指向和测距模型，通过测量的光斑中心的空间坐标和解算的激光测量坐标，计算激光雷达标定参数，实现机载激光雷达的光束指向精确标定。附图说明图1为一种机载激光雷达光束指向标定方法的标定场示意图；图2为一种机载激光雷达光束指向标定方法的激光光斑探测器的结构示意图；图3为一种机载激光雷达光束指向标定方法的激光光斑探测器的另一形式的结构示意图；图4为一种机载激光雷达光束指向标定方法的激光光斑探测器的背面示意图；图5为一种机载激光雷达光束指向标定方法的标定过程实现流程图；图6所示为一种用于机载激光雷达的光束指向标定系统的结构示意图。具体实施方式以下结合具体实施例描述本专利技术的技术方案的实现过程，不作为对本专利技术的限制。本专利技术用于测绘、交通等领域的激光雷达三维空间信息采集的光束指向精确标定，可以提高空间信息的获取精度。本专利技术的一种机载激光雷达光束指向标定方法，具体实施方式是：结合图1，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载激光雷达光束指向标定方法，其特征在于，包括：/n步骤1，在激光雷达的扫描视场内布设激光光斑探测器，所述激光光斑探测器包括可移动的探测器组和探测器组支撑框；/n步骤2，通过在水平方向和/或垂直方向上移动该探测器组，探测该激光雷达的激光光斑的边缘，并确定该激光光斑的中心位置；/n步骤3，测量该激光光斑的中心位置的空间坐标，采集激光雷达针对该中心位置的激光测量数据；/n在激光雷达的扫描视场范围内改变该激光光斑探测器的位置，执行步骤2-3，使该激光光斑探测器探测到扫描视场内的不同激光光斑；/n步骤4，根据该激光光斑的中心位置的空间坐标和该激光测量数据，利用激光雷达光束指向模型，解算该激光雷达的标定参数，实现机载激光雷达光束指向标定。/n

【技术特征摘要】
1.一种机载激光雷达光束指向标定方法，其特征在于，包括：
步骤1，在激光雷达的扫描视场内布设激光光斑探测器，所述激光光斑探测器包括可移动的探测器组和探测器组支撑框；
步骤2，通过在水平方向和/或垂直方向上移动该探测器组，探测该激光雷达的激光光斑的边缘，并确定该激光光斑的中心位置；
步骤3，测量该激光光斑的中心位置的空间坐标，采集激光雷达针对该中心位置的激光测量数据；
在激光雷达的扫描视场范围内改变该激光光斑探测器的位置，执行步骤2-3，使该激光光斑探测器探测到扫描视场内的不同激光光斑；
步骤4，根据该激光光斑的中心位置的空间坐标和该激光测量数据，利用激光雷达光束指向模型，解算该激光雷达的标定参数，实现机载激光雷达光束指向标定。


2.根据权利要求1所述机载激光雷达光束指向标定方法，其特征在于，步骤2通过移动该探测器组支撑框和探测器组，确定该激光雷达的扫描面和激光光斑位置。


3.根据权利要求1所述机载激光雷达光束指向标定方法，其特征在于，步骤2通过水平方向移动该探测器组的垂直探测器组，探测该激光光斑的左边缘和右边缘；通过垂直方向移动水平探测器组，探测该激光光斑的上边缘和下边缘；记录左右边缘和上下边缘在该探测器组支撑框的标尺位置，确定该激光光斑的中心位置。


4.根据权利要求1所述机载激光雷达光束指向标定方法，其特征在于，该激光光斑探测器还包括可移动的反射标识支架，步骤3进一步包括：
移动该反射标识支架至该中心位置，在该中心位置布设反射标识，利用全站仪测量该反射标识的空间坐标，并采集激光雷达数据，提取该反射标识处的激光测量数据，该激光测量数据包括测距值和测角值。


5.根据权利要求1所述机载激光雷达光束指向标定方法，其特征在于，所述激光雷达放置于激光雷达光束指向标定场中，该激光雷达光束指向标定场的长度和宽度，通过以下方法计算：
长度＝光斑量测精度÷比例尺
宽度＝2×长度×tan(θ/2)
其中，θ是激光雷达扫描视场角。


6.根据权利要求1所述机载激光雷达光束指向标定方法，其特征在于，该激光雷达光束指向模型为：



其中，H为入射光线相对激光雷达转镜的水平偏转参数，V为入射光线相对激光雷...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵永社，杨书娟，
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：北京;11