激光测量系统误差分析

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1、激光测量系统误差分析1.激光测量系统误差源的分析激光测量系统会受到多种误差的影响，有系统误差和偶然误差，系统误差会给激光测量点云坐标带来系统偏差。激光测罐系统的课差按照其产生的来源可分为四类：（1）定位谋差：GPS定位误差；（2）姿态误差：GPS/INS姿态误差；（3）测距误差：激光扫描仪测距误差；（4）集成课差：系统集成谋差；（1）定位谋差GPS动态定位误差主要包括卫星轨道误差、卫星钟钟差、接收机钟钟差、多路径效应、相位中心不稳定，还有卫星星座、观测噪声等。⑴GPS定位误差不容易消除或者模型化，通常为了削弱GPS定位误差的影响，采川的方法是在测区内

2、建立多个分布均匀的基准站，保证GPS动态定位解算时离基准站不会太远。（2）姿态误差姿态误差是影响定位精度的最主要原因。主要包括设备的安置误差、加速度计误差、陀螺仪漂移、测最噪声等，对于INS姿态测量谋差，可以适当降低飞行高度，以削弱其对定位的影响。（3）测距课差激光扫描仪的每一个工作过程都会带来一定的谋差,但起主要作用的是电了光学电路对经过地面散射和空间传播后的不规则激光回波信号进行处理来确定时间延迟带来的谋差，分别为吋延估计误差和吋间测量误差两类。此外还有反光镜的旋转、震动误差、脉冲零点误差等。激光脉冲信号照射地而物体时，由于地表物理特征的不同而产

3、生不同的反射，当信号发生漫反射时，出现人量反射信号被接收，会形成较人的接收噪声；当信号照射到光滑物体表面，便形成镜面反射，可能会造成激光测距信号丢失。另外，有的信号可能经过计策反射后反射回去，这样测定的吋间延迟不能代表真正的吋间延迟。激光测距的精度述与地面粗糙程度、地面坡度、地面物体的干扰等有关。另外，被水域覆盖的地方，红外激光大部分被吸收,只有少量被反射，如果碰到静止的水面，就形成镜面反射，信号反射不回去；地表不连续以及移动物体，如行人、车辆、动物等都会影响激光测距粘:度。（4）系统集成误差系统集成误差主要包括激光扫描仪脉冲感应参考中心与GPS天线

4、相位小心偏心向量的测定误差、系统安置误差、位置内插误差（线性内插）、时间同步误差、地血参考站间位置课差、坐标系间的转换课差、GPS/INS组合滤波模型课差等。山于GPS数据采样频率一般为1〜20Hz,INS数据采样频率一般为20〜儿百Hz,而激光测距的频率为儿十~儿「Hz（现冇70Hz）,采样率不同，最后要根据采样率低的GPS/INS数据内插出每个激光点的姿态和位置，内插过程中会产生内插谋差。2.激光测量系统误差的定性定量分析（1）测距误差测距课差同多种因索有关，包插系统和随机的两部分。这里只考虑系统谋差部分其大小取决于不同的系统、反射介质及地形条件

5、等外界条件。相应测得的距离就是即r+Ar=（0,0,p+Ap）r。其中△厂为测距误差引起的激光扫描点在瞬时激光束坐标系中的误差向量。(2)瞬时扫描角误差瞬时扫描角谋差会随着瞬时扫描角的变化而变化⑵，它实际上就是使定义的激光扫描参考处标系绕x轴偏转一个小角度Aro另外，安装吋，激光扫描平而不可能完全垂直于激光扫描参考坐标系的x轴，这就使得实际的激光扫描平而绕定义的激光扫描参考坐标系的y轴和z轴各有一个小的旋转角度4°,A^o由这三个小的旋转角可以得到一个新的坐标转换旋转矩阵1-Ar(pA/?z=/?(A/r)/?(A^)/?(Ar)=A/r1-Ar(

6、2-1)一&cpAt1Ar,(p,角的值一般假定位百分之几度⑵。(2)系统安置误差安装激光测量系统耍求激光扫描仪参考坐标系统惯性平台参考处标系的坐标轴相互平行，即三个欧拉角a=0=Y=O,但是系统安装时不能完全保证他们互相平行，这就是所谓的系统安置误差。系统安置误差一般需要检校，假设检校得到的安置旋转矩阵,A0,Ay为—•个很小的角度),1-A/△0=R©a)R©/3)R@Y)=A/1一a(2-2)-A/?1(3)姿态测定误差INS确定的姿态角存在误差。假设三个姿态角的测定误差分别为△/?、AP.H，类似地，可以得到谋差旋转矩阵My(A/?,A

7、P,为一个很小角度)_1-HP~ARn=R@H)R(AP)R(AR)=H1-R(2-3)-PR1(4)时间偏差时间偏差主耍包括同步误差和内插误差，详细讨论町以参见文献(Schenk,2001)⑺。当同步误差小于等PlO^s所产生的位置误差nJ以忽略，同步误差和内插误差更表现为随机特性。阴1.激光测量系统各项谋差影响假设测虽:系统中没有误差，可以得到激光三维点在当地水平参考坐标系中的几何模型：乙二心•(心•他•厂+匚-心)(3J)式子(3-1)中/?N，R厶为姿态角和扫描角有关的旋转矩阵，傀f为安置误差矩阵，一为激光发射参考屮心与惯性平台参

8、考屮心的偏移最，tG为GPS天线相位屮心与惯性平台参考中心的偏移量。在实际飞行测量中，会受到姿态角测定误差A