机载激光雷达姿态角补偿及其效果验证.docx

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2025-02-19 发布于山东
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第26卷第4期2018年4月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.26No.4Apr.2018

文章编号1004‐924X(2018)04‐0788‐08

机载激光雷达姿态角补偿及其效果验证

王建军﹡,李云龙，苗松

（山东理工大学机械工程学院，山东淄博255049)

摘要：机载激光雷达（LiDAR）扫描被测地形获得激光点云，进而重建被测地形的三维图像。机载激光雷达测量过程中，机载平台姿态角时刻发生波动，其对激光点云密度分布及重建三维成像精度具有显著影响。为消除姿态角波动对激光雷达测量的不利影响，设计了一套姿态角补偿装置，包括机械结构设计和控制系统设计；并搭建了半物理仿真实验系统，编制了总控制软件使各子设备之间时间同步控制及数据采集，实现了对机载激光雷达工作原理及姿态角补偿原理的实验仿真和补偿效果验证，补偿后DSM高程精度的RMSE误差由3.50mm以上减小到3.28mm。实验结果表明，搭建的半物理仿真实验系统可正确模拟机载激光雷达的工作过程，设计的姿态角补偿样机对机载激光雷达点云产品质量有显著的补偿效果。

关键词：机载激光雷达；姿态角波动；点云密度；半物理仿真；补偿；数字地表模型精度；点云中图分类号：TN958.98文献标识码：Adoi：10.3788/OPE.0788

EffectivenessverificationofattitudecompensationforairborneLiDARWANGJian‐jun﹡,LIYun‐long，MIAOSong

（SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversityofTechnology，Zibo255049,China）﹡Correspondingauthor，E‐mail：wangjianjun＠sdut．edu．cn

Abstract：AirborneLiDARscansaterrainsurfacetoobtainalaserpointcloud，whichisusedtorecon‐structa3‐Dimageofthesurveyedterrain．DuringthemeasurementprocedureofairborneLiDAR，theattitudeanglesoftheairborneplatformalwaysfluctuate，whichhasasignificantinfluenceonthepointdensitydistributionofthelaserpointcloudandontheaccuracyofthereconstructeddigitalsurfacemodel（DSM）．Inordertocompensatefortheadverseeffectsofattitudefluctuations，anattitudecom‐pensationprototypewasdesignedthatincludesthemechanicalstructureandcontrolsystemdesign.ToverifytheinfluenceofattitudefluctuationsonLiDARmeasurementsandtovalidatethecompensa‐tioneffectivenessofthedesignedattitudecompensationprototype，asemi‐physicalsimulationsystemwassetup．Thetotalcontrolsoftwarewasprogrammedtorealizethetime‐synchronizationcontrolanddataacquisitionofallsub‐systems．Usingthesemi‐physicalsimulationsystem，theimagingpro‐cedureofairborneLiDARandtheattitudecompensat