1.一种机载测深LiDAR安置角偏差检校方法,其特征在于,该方法包括:S1:构建顾及光学零位误差改正的机载测深LiDAR点位归算模型,用于机载测深LiDAR安置角偏差检校;
S2:构建单航带无控平面的俯仰角自检校模型,进行机载测深LiDAR俯仰角自检校;
S3:构建双向航带无控法向量最小化的横滚角自检校模型,进行机载测深LiDAR横滚角自检校;
在步骤S1中,构建顾及光学零位误差改正的机载测深LiDAR点位归算模型,包括:步骤1.1:在安置角偏差检校前,根据机载测深LiDAR系统的机械结构,建立机载测深LiDAR点位归算模型,将反射光线方向向量与空中斜距信息融合,以获取激光脚点坐标,融合位姿数据将坐标信息转换至WGS‑84坐标系下;
步骤1.2:提取建筑物同名角点作为控制点,计算同名点距离差ΔY1,ΔY2…ΔYi,定义距离差目标函数S(n);
步骤1.3:码盘零刻度对应光学零位,对光学零位存在的安装偏差进行校正,处理ALB三维点云和同名点对,判断若S(n)=0,则处在光学零位误差,结束光学零位误差改正,若S(n)=0不成立,则调整码盘读数,重复处理ALB三维点云和同名点对,继续判断S(n)是否等于零,直至输出S(n)=0,结束光学零位误差改正;
在步骤1.1中,融合位姿数据将坐标信息转换至WGS‑84坐标系下,表达式为:式中, 为融合位姿数据的WGS‑84坐标,RN为当地水平坐标系转换至WGS‑84坐标系旋转矩阵,RLLS为载体坐标系转换至当地水平坐标系旋转矩阵,RBFS扫描仪坐标系转换至载体坐标系旋转矩阵,RAZJ安置角误差改正旋转矩阵,S为激光至目标点测量距离,RY为驱动电机坐标系转换至扫描仪坐标系旋转矩阵,V1为反射光线方向向量,表达式为:式中, 为反射转镜与驱动电机转轴垂直面夹角,θ为激光入射方向与驱动电机转轴夹角,λ为码盘转动角度,表达式为:式中,λ为码盘转动角度,ε为码盘读数,E为码盘分辨率;
在步骤1.2中,距离差目标函数S(n),表达式为:式中,S(n)为距离差目标函数,i为距离差索引,n为同名点对个数,ΔYi为第i对同名点的距离差,D为同名点距离差阈值;
在步骤1.3中,对光学零位存在的安装偏差进行校正,校正公式为:式中,ε′为改正后码盘读数与光学零位初值二者之间偏差, 为光学零位初值。
2.根据权利要求1所述的机载测深LiDAR安置角偏差检校方法,其特征在于,在步骤S2中,构建单航带无控平面的俯仰角自检校模型,进行机载测深LiDAR俯仰角自检校,包括:步骤2.1:对俯仰角误差导致分层的两层平行点云,利用RANSAC算法进行平面拟合,随机选取3个不共线的点构建平面模型,计算3个点对应的平面方程,对于点云中的每一个点Pi(xi,yi,zi),计算它到平面的垂直距离d来确定内点,设置迭代次数N与距离阈值T,确定两个平面参数(A,B,C,D1)和(A,B,C,D2),并计算两个平面之间距离f(ΔP);
步骤2.2:将ΔP作为未知数,进行线性化处理进行泰勒展开并保留一次项;
步骤2.3:对两个平面之间距离误差进行计算;
T
步骤2.4:当表达式的最小二乘平差模型约束条件VPV最小时,得到法方程;
步骤2.5:由法方程得俯仰角误差参数。
3.根据权利要求2所述的机载测深LiDAR安置角偏差检校方法,其特征在于,在步骤2.1中,计算两个平面之间距离f(ΔP),表达式为:式中,ΔP为俯仰角误差,D1(ΔP),D2(ΔP)分别为基于加入俯仰角误差后重新解算点云而拟合确定的两个平面参数,A,B,C分别为平面方程x、y、z项系数;
在步骤2.2中,将上式(6)线性化处理进行泰勒展开并保留一次项,表达式为:式中,fry为校正后函数值,f0为初始状态下函数值, 为函数f对俯仰角误差ΔP的偏导数;
在步骤2.3中,计算两个平面之间距离误差方程,表达式为:V=bx一l(8);
式中,V为两个平面之间距离误差,b为泰勒公式展开时未知数系数矩阵,l为两平面之间距离,x为待解算俯仰角误差ΔP;
在步骤2.4中,法方程为:
T T
bPbx‑bPl=0(9);
T
式中,b为b的转置矩阵,P为权阵;
在步骤2.5中,俯仰角误差参数计算公式为:
T 1 T
x=‑(bPb)‑bPl(10)。
4.根据权利要求1所述的机载测深LiDAR安置角偏差检校方法,其特征在于,在步骤S3中,构建双向航带无控法向量最小化的横滚角自检校模型,包括:步骤3.1:利用公式(11)求取横滚角误差导致双向航带同区域偏移两个平面的法向量N1=(A1,B1,C1)和N2=(A2,B2,C2),计算模长,表达式为:步骤3.2:通过公式(12)计算两平面法向量夹角正弦值,表达式为:式中,Δr为两个平面法向量之间夹角;
步骤3.3:计算横滚角误差,表达式为:
式中,ΔR为横滚角误差。
5.一种机载测深LiDAR安置角偏差检校系统,其特征在于,该系统实施如权利要求1‑4任意一项所述机载测深LiDAR安置角偏差检校方法,该系统包括:点位归算模型构建模块,用于构建顾及光学零位误差改正的机载测深LiDAR点位归算模型,用于机载测深LiDAR安置角偏差检校;
俯仰角自检校模型构建模块,用于构建单航带无控平面的俯仰角自检校模型,进行机载测深LiDAR俯仰角自检校;
横滚角自检校模型构建模块,用于构建双向航带无控法向量最小化的横滚角自检校模型,进行机载测深LiDAR横滚角自检校。