论文摘要
车载多传感器平台广泛应用于街景三维重建、车辆无人驾驶和道路损毁检测等领域。为实现平台的定位、导航以及多传感器数据融合,需要对平台相对于行驶路面的姿态和高度进行实时、高精度的测量。为准确地测量车载多传感器平台的姿态和高度,课题组开展了基于双激光扫描仪的姿态和高度测量技术与系统的研究。前期研究结果表明,双激光扫描仪姿态和高度测量系统能够满足车载多传感器平台的测量需求,具有测量精度较高、成本低、使用方便等优势。然而,前期对测量原理、测量误差的研究还不够深入,也未对系统进行严格地标定。针对上述内容展开深入细致地研究,对提高系统测量精度和实用性具有重要意义。本文的研究工作就是围绕着系统的测量原理、测量误差以及标定技术来展开,取得的成果主要包括以下几个方面:研究了双激光扫描仪姿态和高度测量系统的工作原理以及测量误差。在深入研究系统测量原理的基础上,系统地分析了测量误差的来源以及传递过程;针对系统中激光扫描仪的性能参数、安装误差和测量环境对系统测量精度的影响,通过仿真分析给出了相应的处理方法:采用对系统进行标定的方法来校正激光扫描仪的安装误差;采用RANSAC算法对测量数据进行处理,剔除测量环境导致的异常数据点;根据系统的精度要求和仿真分析结果进行激光扫描仪的参数设置。提出了基于靶标重建的激光扫描仪外参数标定方法,实现了对系统的标定。首先分析了解决系统标定问题时采用的数学模型,将系统的标定转化为对系统中激光扫描仪外参数的标定;然后根据激光扫描仪的工作特性,以基于空间向量的三维坐标系转换模型为基础,提出了一种通过重建靶标来实现激光扫描仪外参数标定的方法:设计一种三平面靶标,利用系统对靶标进行三维重建,并采用RANSAC算法进行靶标点云的分割和同名向量的提取,实现对激光扫描仪外参数的标定。通过仿真验证了提出的标定方法的可行性和精度,并对系统实物进行了标定。基于建立的系统测量精度验证实验平台,验证了测量误差处理方法和对系统进行标定能有效地提高系统测量精度。搭建了系统测量精度验证实验平台,采用姿态测量精度达到角秒量级的高精度二轴转台,以转台的姿态测量值为参考值,验证系统的测量精度;实验结果表明,采用针对测量误差的处理方法和对系统进行标定能有效地提高系统的测量精度,经误差处理和引入标定结果,系统对俯仰角和横滚角的测量精度分别达到了0.034°和0.023°。
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标签：姿态和高度测量论文; 激光扫描仪论文; 外参数标定论文; 随机采样一致性算法论文;