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机载激光雷达测量是20世纪80年代兴起的一种获取三维坐标的技术,具有主动式、非接触、全天时、快速度、高效率的特点。机载激光雷达主要应用于生成数字高程模型和数字表面模型,并成功应用到三维城市重建,电力线分布成图、森林地图绘制、城市区域测绘、水资源管理和铁路测量等领域。 安置角偏差是机载激光雷达测量系统存在的最大误差源。对安置角偏差的标定不能在地面完成,必须采用飞行动态标校的方法,对飞行扫描数据进行处理后才能确定。国外已有较成熟的标校方法,但是作为商业机密,其核心技术不会公开。本文着眼于保障国产机载激光雷达的测量精度,研究了飞行动态标校的关键技术。具体内容如下: 1.介绍了机载激光雷达测量系统的产生背景,对目前国内外机载激光雷达测量系统的发展现状和标校技术进行了总结。介绍了机载激光雷达的系统组成及其功能。根据激光雷达对地定位的误差方程,定量分析了安置角偏差对精度的影响。阐述了飞行动态标校的基本原理及方法。 2.提出了使用金字塔定标器标定航向安置角偏差的方法。完成了金字塔形状的五面体人工辅助定标器的结构设计并阐述了定标器设计的原理。从定标器的面积、激光束入射角、激光点云分布、激光光斑形变几个方面论证了定标器设计的合理性。针对制作的定标器,借鉴了模型匹配的思想,以最小法向距离为准则,设计了提取定标器特征点的算法。进行地面半实物仿真实验和飞行扫描试验,证明了定标器结构设计的合理性。使用实测飞行数据验证了定标器特征点提取算法的可行性。 3.设计了利用屋脊线自动分离俯仰向安置角偏差的算法。对标定俯仰向安置角偏差过程中需要获取的屋脊线特征设计了提取的算法。分五步实现了屋脊线的提取和俯仰向安置角偏差的计算。 4.提出了利用T字结构房屋标定航向安置角偏差的方法。指出利用T字交点作为同名点使用,设计了计算交点坐标的算法,使用实测飞行数据验证了算法的可行性。 5.设计了利用平直道路自动分离侧滚向安置角偏差的算法。分别使用最小二乘平面拟合法、特征值最小二乘平面拟合法,带删除点的特征值最小二乘平面拟合法提取了机场跑道平面的法矢量。实验表明,带删除点的法矢量提取算法能取得较好的效果。 6.搭建了飞行动态标校的试验流程,包括标校场需求分析、定标器布设、标校场测量、航线规划、飞行参数计算以及激光雷达各主要传感器间偏心量的测量。对飞行动态标校试验中的关键问题进行了分析和解决。使用本文提出的方法完成了安置角偏差的分离。试验结果表明,文中提出的自动分离方法和算法能较好地分离安置角偏差。