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原文传递惯性及激光扫描仪联合在线标定方法

专利名称：	惯性及激光扫描仪联合在线标定方法
摘要：	本发明提供了一种惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，该方法包括：制作并获取标准轨道模型的标准廓形；将两自由度摇摆台调整至水平状态，将轨检梁放置于两自由度摇摆台的台面上；对惯性导航系统进行初始对准，初始对准完成后，同步采集激光器廓形信息和惯导姿态信息；基于迭代最近邻算法将各个激光扫描仪输出廓形调整至与标准廓形接近重合以完成惯性及激光扫描仪的标定粗调；标定粗调完成后，对惯性及激光扫描仪进行标定精调以完成对航向安装角及俯仰安装角的标定。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中多个激光器的坐标系不统一所导致的难以对惯导和激光器之间的安装关系进行标定的技术问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京自动化控制设备研究所
发明人：	庄广琛;郭玉胜;裴新凯;王海军;王大元
专利状态：	有效
申请日期：	2021-10-28T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-11T00:00:00+0800
申请号：	CN202111262152.5
公开号：	CN114162169A
分类号：	B61K9/08;G01B11/00;G01B11/24;G01C25/00;B;G;B61;G01;B61K;G01B;G01C;B61K9;G01B11;G01C25;B61K9/08;G01B11/00;G01B11/24;G01C25/00
申请人地址：	100074 北京市丰台区云岗北里1号院3号楼
主权项：	1.一种惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，所述惯性及激光扫描仪联合在线标定方法包括：制作标准轨道模型，获取标准轨道模型的标准廓形；将两自由度摇摆台调整至水平状态，将轨检梁放置于所述两自由度摇摆台的台面上；对惯性导航系统进行初始对准，初始对准完成后，同步采集激光器廓形信息和惯导姿态信息；基于迭代最近邻算法将各个激光扫描仪输出廓形调整至与标准廓形接近重合以完成惯性及激光扫描仪的标定粗调；标定粗调完成后，在激光测量点云上选取轨腰处R20圆区域数据和轨顶部1：20直线区域数据；分别对所述轨腰处R20圆区域数据和所述轨顶部1：20直线区域数据进行拟合；以拟合后的所述轨顶部1：20直线与标准廓形直线间的夹角为旋转角，所述轨腰处R20圆区域的圆心与标准廓形R20圆心之间的距离矢量为平移量，基于所述旋转角和所述平移量计算获取精调变换矩阵；根据标定粗调结果以及所述精调变换矩阵完成对横滚安装角的标定；将所述两自由度摇摆台沿所述轨检梁的X轴转动，持续计算所述精调变换矩阵，基于所述精调变化矩阵记录所述轨顶部1：20直线段数据点云与标准廓形点云之间的Hausdorff距离，当所述轨顶部1：20直线段数据点云与标准廓形点云之间的Hausdorff距离达到最小时，此时的航向角变化值即为所述激光扫描器的航向偏角，基于所述激光扫描器的航向偏角完成航向安装角的标定；将所述两自由度摇摆台沿所述轨检梁的Z轴转动，持续计算所述精调变换矩阵，基于所述精调变化矩阵记录所述轨腰处R20圆区域数据点云与标准廓形点云之间的Hausdorff距离，当所述轨腰处R20圆区域数据点云与标准廓形点云之间的Hausdorff距离达到最小时，此时的俯仰角变化值即为所述激光扫描器的俯仰偏角，基于所述激光扫描器的俯仰偏角完成俯仰安装角的标定。 2.根据权利要求1所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，基于迭代最近邻算法将各个激光扫描仪输出廓形调整至与标准廓形接近重合以完成惯性及激光扫描仪的标定粗调具体包括：采用迭代最近邻算法，分别将各个激光扫描器的测量点云与标准廓形点云相匹配；根据相匹配的激光扫描器的测量点云以及标准廓形点云计算获取粗调变换矩阵；调整所述粗调变换矩阵以使粗调误差函数取得极小值，记录各个所述激光扫描器点云的旋转角度和惯性导航系统的横滚角，根据各个所述激光扫描器点云的旋转角度和惯性导航系统的横滚角计算获取标定粗调结果。 3.根据权利要求2所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，所述粗调变换矩阵Tcoarse可根据来获取，所述粗调误差函数J(T)可根据来获取，其中，R为旋转矩阵，t为平移向量，rij为旋转矩阵R中的各项元素，i＝1,2,3，j＝1,2,3；x、y、z为平移向量t中的各项元素，pi∈P，pi为标准廓形点云P中的点集，qi∈Q，qi为激光测量点云Q中与点集pi相对应的点集。 4.根据权利要求1至3中任一项所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，所述精调变换矩阵可根据来获取，其中，ΔR为由旋转角构成的旋转矩阵的增量，Δt为由平移量构成的平移向量的增量分别表示分别旋转矩阵和平移向量的增量，Tfine,k为k时刻的精调变换矩阵，Tfine,k+1为k+1时刻的精调变换矩阵，ΔTk为采样时间，Rk为激光扫描仪与惯导之间的姿态转换矩阵，tk为激光扫描仪与惯导之间的平移矩阵，Δt为平移矩阵的调整量。 5.根据权利要求4所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，所述惯性及激光扫描仪联合在线标定方法根据γk+1＝Δαγ+γk，完成对横滚安装角的标定，其中，γk+1为k+1时刻的横滚安装角，Δαγ为，γk为粗调后的k时刻的横滚安装角。 6.根据权利要求5所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，所述Hausdorff距离可根据H(A,B)＝max[h(A,B),h(B,A)]来获取，其中，A为测量点云，B为标准点云，a为测量点云A中的点，b为标准点云B中的点。 7.根据权利要求6所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，基于所述激光扫描器的航向偏角完成航向安装角的标定具体包括：基于所述激光扫描器的航向偏角以及所述惯性导航系统输出的航向角计算获取航向角误差；对所述航向角误差进行补偿以完成对航向安装角的标定。 8.根据权利要求7所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，基于所述激光扫描器的俯仰偏角完成俯仰安装角的标定具体包括：基于所述激光扫描器的俯仰偏角以及所述惯性导航系统输出的俯仰角计算获取俯仰角误差；对所述俯仰角误差进行补偿以完成对俯仰安装角的标定。 9.根据权利要求8所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，所述航向角误差和所述俯仰角误差可根据计算获取，其中，θk为俯仰角误差，αθ为所述激光扫描器的俯仰偏角，θ为所述惯性导航系统输出的俯仰角，ψk为航向角误差，αψ为所述激光扫描器的航向偏角，ψ为所述惯性导航系统输出的航向角。 10.根据权利要求9所述的惯性及激光扫描仪联合在线标定方法，其特征在于，所述航向角误差和所述俯仰角误差可根据进行误差标定，其中，为补偿后的第i个点云的侧向坐标，为补偿后的第i个点云的侧向坐标测量值，为补偿后的第i个点云的垂向坐标，为第i个点云的垂向坐标测量值。
所属类别：	发明专利