非理想状态下的面阵激光雷达成像数学模型优化

面阵激光雷达仪的总体误差来源于仪器各部分的非对准(重合)，分别描述如下：

校准GLidar：包括垂线和每个地表单元激光束夹角带来的误差，可以通过校准GLidar的方法加以纠正。

GPS 天线中心和GLidar 激光发射单元的偏移：GPS 天线几何中心和GLidar 激光发射单元几何中心的偏移关系必须精确测量出来。

GPS 定位误差：误差是由GPS 的性能决定的，包括多路径、几何精度因子、整体模糊的解算、周跳。

姿态传感器的误差：包括姿态传感器测量的横滚、俯仰、航向旋转角度误差。

导航传感器和GLidar 激光发射单元之间的孔径校准：姿态传感器和激光发射单元之间的坐标系关系，必须精确地测量。

图7-10　几何图解激光距离模拟

由于上述的误差，我们假设3 个旋转角为φ≠0，ω≠0，κ≠0；由IMU 测量的3 组姿态角为R、P、σ，它们对应的误差是eR、eP、eσ；GPS 天线中心的坐标是，它们对应的误差是eXGPS、eYGPS、eZGPS。考虑到R=0°，P=0°，σ=90°，通过数学关系，整体误差可以表示为：

(www.xing528.com)

如果假设R V为旋转矩阵，R L单位矩阵，根据公式(7-12)可以得到：

INS 和GPS 天线中心之间的偏移量、GPS 天线中心和GLidar 的偏移量，这两者是必须要校准的。分别假设它们的平均值和方差如下：

式(7-38)和式(7-39)意味着飞行持续时间的每一个时间点，随机误差由随机函数生成，平均值和方差分别是0.12m、0.2mrad 和±0.05m、±0.05mrad。

在非理想状态下模拟研究，飞行高度、飞行速度、激光频率以及来源于IMU 和GPS的误差设计如表7-2 所示。

表7-2　非理想状态下模拟研究设计