本發明專利技術公開一種基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，分別建立測繪激光雷達幾何標定方程和輻射標定方程，修正每一個回波的距離測量示值、角度測量示值、幅值和相對反射率；利用時間飛行原理確定最遠激光回波的時間間隔；根據激光發射重復頻率，確定在最遠激光回波的時間間隔內存在的激光發射主波數量；再根據掃描俯仰角、方位角分別確定俯仰和方位方向的相鄰連續掃描點；最后對發射主波進行連續性判斷，利用每一次回波測距結果和相對反射率結果，基于相鄰連續掃描點之間的幾何與輻射連續性，計算連續性噪聲能量，得到每一個MTA對應的連續性噪聲函數，構建魯棒非線性優化模型并優化求解。本發明專利技術能實現MTA時間的精確解算。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于三維激光點云采集領域，具體涉及一種基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法。
技術介紹
1、激光雷達測量中的空氣中多回波(multi-time-around,mta)定義為在時間延遲超過一個脈沖重復間隔的倍數后接收的回波。隨著測繪激光雷達有效作用距離越來越遠、激光發射重復頻率越來越高，高密度三維點云的一致性是進行高精度測繪的基本數據質量要求。遠距離、高重頻帶來了雷達測量中不可避免的空氣中多回波引起的時間模糊問題，即在作用距離對應的激光飛行時間內，激光雷達已發射多個主波，空氣中存在多個回波，出現了回波與主波無法直接對應的時間模糊，導致相同掃描線內和相鄰掃描線之間的目標三維點云分布失去一致性。只有確定了每一個回波對應的發射主波，才能解算此次測量的激光飛行時間，準確測量目標距離。
2、mta問題實際就是激光雷達的測距問題，激光將遠處的點錯誤的拉到了近處，導致遠處的點云成為了近處點云中的噪聲。mta問題會給后續數據處理、目標自動檢測與識別、地圖制作等工藝流程帶來很大的困難，導致識別以及人工流程出現錯誤。
3、在現實世界中大多數物體，無論是植被、土壤等自然物體還是如道路、標牌、建筑物等人造物，這些實物都具有表面連續性，一般不會臨近區域內出現劇烈的距離、紋理及反射率變化。
4、目前，在解決激光雷達空氣中多回波時間模糊問題時較多的方法是基于空間連續性，且未考慮到儀器固有的測量偏差，面向更遠距離、更高激光發射重頻、更稠密點云需求的激光雷達測繪時的精度和魯棒性均受影響。
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p>技術實現思路1、針對現有技術的不足，本專利技術提供一種基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，在在被掃描目標表面連續性這一項基本前提下，在解算mta之前將把激光雷達儀器自身的固有測量誤差進行標定，包括：
2、(1)幾何標定，建立激光雷達掃描測量時距離與角度的標定模型，提高每一次測量的幾何精度；
3、(2)輻射標定，建立激光雷達測量幅值與反射率的標定模型，提高每一次測量的輻射精度；
4、(3)利用目標表面具有的幾何、輻射連續性進行mta解算。
5、本專利技術的目的通過如下的技術方案來實現：
6、一種基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，該方法包括如下步驟：
7、s1：建立測繪激光雷達幾何標定方程，修正每一個回波的距離測量示值和角度測量示值；
8、s2：建立測繪激光雷達輻射標定方程，修正每一個回波的幅值和相對反射率；
9、s3：根據測繪激光雷達每一個回波修正后的距離測量示值，利用時間飛行原理確定最遠激光回波的時間間隔；
10、s4：根據測繪激光雷達激光發射重復頻率，確定在所述最遠激光回波的時間間隔內存在的激光發射主波數量；
11、s5：根據掃描俯仰角確定俯仰方向的相鄰連續掃描點；根據掃描方位角確定方位方向的相鄰連續掃描點；
12、s6：根據俯仰方向和方位方向的相鄰連續掃描點，對發射主波進行連續性判斷，當發射主波為連續的主波時，利用測繪激光雷達每一次回波測距結果和相對反射率結果，基于相鄰連續掃描點之間的幾何與輻射連續性，計算連續性噪聲能量，得到每一個空氣中多回波對應的連續性噪聲函數，構建魯棒非線性優化模型并進行優化求解，完成空氣中多回波問題解算。
13、進一步地，所述s1具體包括：
14、根據測繪激光雷達的測距原理，參考激光測距儀距離修正技術，建立激光雷達距離測量修正方程，并計算修正后的距離測量示值rm：
15、rm＝r0+ar·r0+br
16、式中，r0為距離原始測量示值，ar為測距乘常數，br為測距加常數；通過參考光電測距儀距離檢校技術進行測距示值標定，得到ar和br；
17、根據測繪激光雷達的掃描角度測量原理，參考經緯儀和全站儀角度修正技術，建立激光雷達角度測量修正方程，包括俯仰角修正方程和方位角修正數學方程，計算修正后的俯仰角和方位角：
18、θm＝θ0+aθ·θ0+bθ
19、式中，θm為俯仰角原始測量示值，aθ為俯仰角乘常數，bθ為俯仰角加常數；通過參考光電測角儀俯仰角檢校技術進行俯仰角測量示值標定，得到aθ和bθ；
20、
21、式中，為方位角原始測量示值，為方位角準直軸修正常數，為方位角耳軸修正常數；通過參考光電測角儀方位角檢校技術進行方位角測量示值標定，得到和
22、進一步地，所述s2具體包括：
23、根據測繪激光雷達的探測響應原理，參考光電傳感探測技術，建立激光雷達回波幅值修正方程，并計算修正后的回波幅值：
24、
25、式中，pecho為回波響應功率，pdl為測繪激光雷達系統最小可探測功率；
26、根據測繪激光雷達的探測響應原理，基于激光探測系統探測響應幅值與相對反射率的關系，采用經計量檢定的標準漫反射白板作為激光雷達相對反射率標準的溯源參考，建立激光雷達回波相對反射率修正方程：
27、ρrel＝amp_echo-amp_ref(rm)
28、式中，amp_echo為回波幅值，amp_ref(rm)為參考漫反射白板在距離rm處的回波幅值。
29、進一步地，所述最遠激光回波的時間間隔δtmax的計算公式如下：
30、
31、其中，c為光速。
32、進一步地，所述s4中最遠激光回波的時間間隔內存在的激光發射主波數量n的計算公式如下：
33、n＝δtmax·prr
34、式中，prr為激光發射重復頻率。
35、進一步地，所述s5具體包括：
36、通過修改正后的俯仰角測量示值θm進行連續性判斷，得到一條掃描線內的空間臨近點，如果|θm,i-θm,i-1|＝θm,res，則判斷為俯仰方向連續的臨近點，其中，θm,res為激光雷達俯仰角測量分辨率；
37、通過修正后的方位角測量示值進行連續性判斷，得到相鄰掃描線間的空間連續點，如果則判斷為方位方向連續的臨近點，其中，為測繪激光雷達方位角測量分辨率。
38、進一步地，所述s6具體包括：
39、s6.1：根據得到的激光發射主波數量n，分別構建每一個回波可能的空氣中多回波對應的修正后的距離向量rm_mta,j和相對反射率向量ρrel_mta,j：
40、rm_mta,j＝[rm_1rm_2...rm_n]
41、ρrel_mta,j＝[ρrel_1ρrel_2...ρrel_n]
42、式中，j對應計算s4得到空氣中多回波的數量，且j≤n；
43、s6.2：分別構建距離連續性噪聲向量δrm_mta,j和相對反射率連續性噪聲向量δρrel_mta,j：
44、δrm_mta,j＝[rm_2-rm_1rm_3-rm_2...rm_n-rm_本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述S1具體包括：
3.根據權利要求2所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述S2具體包括：
4.根據權利要求3所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述最遠激光回波的時間間隔的計算公式如下：
5.根據權利要求4所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述S4中最遠激光回波的時間間隔內存在的激光發射主波數量N的計算公式如下：
6.根據權利要求5所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述S5具體包括：
7.根據權利要求6所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述S6具體包括：
8.一種基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算裝置，其特征在于，包括一個或多個處理器，用于實現權利要求1~7中任一項所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法。
9.一種電子設備，其特征在于，包括：
10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，其上存儲有程序，該程序被處理器執行時，實現權利要求1至7中任一項所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法。
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【技術特征摘要】
1.一種基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述s1具體包括：
3.根據權利要求2所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述s2具體包括：
4.根據權利要求3所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述最遠激光回波的時間間隔的計算公式如下：
5.根據權利要求4所述的基于距離和反射率約束的激光雷達空中多回波解算方法，其特征在于，所述s4中最遠激光回波的時間間隔內存在的激光發射主波數量n的計算公式如下：
【專利技術屬性】
技術研發人員：譚偉，李旭，馬才偉，史良，孫赫楊，
申請(專利權)人：之江實驗室，
類型：發明
國別省市：
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