一種雷射雷達掃描均一性測量方法與流程
2023-05-20 06:03:26
本發明涉及一種雷射雷達掃描均一性測量方法。
背景技術：
對於機載雷射雷達掃描系統來說，雷射雷達按照一定的頻率發射雷射脈衝，並接收來自地物的回波。雷射雷達掃描裝置按照一定的掃描頻率改變雷射脈衝的發射方向，掃描方向一般垂直於飛行平臺的運動方向。通過飛行平臺的運動和掃描裝置的掃描可以得到覆蓋了一定寬度的條帶狀雷射雷達點雲數據。
飛行平臺的運動速度受大氣湍流、平臺穩定性等因素影響，出現一定的波動和非均一性，導致雷射掃描線之間的間隔出現變化。另外，不同的雷射掃描模式將產生不同的雷射回波點間隔，對於勻速的旋轉稜鏡掃描模式，隨著掃描角的增加，雷射回波點之間間隔而變大；對於變速的震蕩鏡掃描模式，隨著掃描角的增加，雷射回波點之間間隔呈現變小趨勢。
雷射掃描模式一般分為單向掃描和雙向掃描，單向掃描是指雷射沿著單個掃描方向掃描，掃描線通常為平行線，雙向掃描是指雷射沿著往返掃描方向掃描，掃描線可以為之字形、橢圓形等。通過雷射掃描角的變化可以判別雷射掃描模式，對於單向掃描模式來說，前後掃描線之間存在掃描角突變，即前一掃描線的結束點掃描角和後一掃描線的開始點掃描角之間存在突變，在掃描線內前後掃描角表現為遞增或遞減規律；對於雙向掃描模式來說，前後掃描線的掃描角存在重疊現象，即前一掃描線的結束點掃描角等於後一掃描線的開始點掃描角，在掃描線內前後掃描角表現為遞增與遞減交互變換規律。
雷射雷達點雲數據中雷射掃描角存儲為整型，單位為度，由於雷射脈衝發射頻率較高，在雷射掃描線上，1度掃描角範圍內可能存在多個雷射回波點，即多個雷射回波點具有相同的掃描角整型值，因此，判斷雷射掃描線時需要考慮掃描角取整產生的影響。
掃描線之間的距離採用掃描線中心點之間的距離，由於存在多個0度角雷射回波點，將0度角雷射回波點的中心點作為掃描線中心點。另外，為了減小雷射損失點產生的影響，採用GPS時間判別規則計算0度角雷射回波點的中心點。
為了評價雷射掃描間隔的均一性，這裡提出了一種雷射雷達掃描均一指數，並給出了測量方法。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題：(1)根據前後雷射回波點的掃描角判斷雷射掃描線，計算雷射掃描線內前後雷射回波點之間的水平距離；(2)根據雷射回波點的0度掃描角判斷雷射掃描線中心點，計算雷射掃描線之間的水平距離；(3)根據掃描線內雷射回波點之間的水平距離和掃描線之間的水平距離計算雷射掃描均一指數，用於判別雷射掃描的均一性。
為解決上述問題，本發明採用如下技術方案：
一種雷射雷達掃描均一性測量方法，包括以下步驟：
(1)判斷末次回波：根據每個雷射脈衝的回波個數NR和回波編號RN判斷末次回波，若NR等於RN，則表示該回波點為末次回波點；
(2)判斷掃描線：根據前後雷射回波點掃描角計算掃描角差值dSA，以及掃描角差值的累計和sum(dSA)，根據dSA和sum(dSA)判斷掃描線是否結束，具體判別規則如下：若dSA＝0，表示掃描線內掃描角相同的雷射回波點；若dSA＞0並且sum(dSA)＜0，表示掃描線內掃描角的單調遞減方向改變，當前掃描線結束，新掃描線開始，並將掃描角差值的累計和清零；若dSA＜0並且sum(dSA)＞0，表示掃描線內掃描角的單調遞增方向改變，當前掃描線結束，新掃描線開始，並將掃描角差值的累計和清零；
(3)計算掃描線內雷射回波點之間的水平距離及其統計量：根據前後雷射回波點位置計算回波點之間的水平距離Da，並統計水平距離Da的平均值Mean(Da)和標準差StdDev(Da)：
(4)計算掃描線0度掃描角雷射回波點的中心點：對於掃描線內多個0度掃描角雷射回波點，根據第1個回波點的GPS時間和最後一個回波點的GPS時間，計算GPS時間中值，依次計算每個回波點GPS時間與GPS時間中值之間差值的絕對值dT，將dT最小值對應的回波點作為0度掃描角雷射回波點的中心點；
(5)計算掃描線間的水平距離及其統計量：根據前後雷射掃描線中心點位置計算掃描線間的水平距離Db，並統計水平距離Db的平均值Mean(Db)和標準差StdDev(Db)：
(6)計算雷射掃描均一指數：根據雷射掃描線內雷射回波點之間水平距離Da的統計量計算掃描線內雷射掃描的均一性Ua：根據雷射掃描線間的水平距離Db的統計量計算掃描線間雷射掃描的均一性Ub：根據掃描線內雷射掃描的均一性和掃描線間雷射掃描的均一性計算雷射掃描的均一性U：
基本原理：雷射雷達航帶數據存儲為點雲形式，點雲數據包含了每個回波點的空間坐標、掃描角等信息，僅使用末次回波點，首先根據前後兩個雷射回波點掃描角之間的關係判斷掃描線，計算掃描線內雷射回波點之間的水平距離，並統計掃描線內水平距離的平均值和標準差；根據GPS時間判斷掃描線內0度掃描角雷射回波點的中心點，計算雷射掃描線中心點之間的水平距離，並統計掃描線間水平距離的平均值和標準差；根據掃描線內和掃描線間的統計量計算雷射掃描均一指數，用於判斷雷射掃描的均一性。
本發明的有益效果為：通過該技術方案，能夠對雷射雷達掃描數據進行處理，計算雷射掃描線內雷射回波點之間的水平距離統計量及雷射掃描線間的水平距離統計量，進而計算雷射掃描均一指數，用於評價雷射掃描數據的均一性，雷射掃描均一指數越接近於1，表示雷射掃描數據越均一。
具體實施方式
一種雷射雷達掃描均一性測量方法，包括以下步驟：
(1)判斷末次回波：根據每個雷射脈衝的回波個數NR和回波編號RN判斷末次回波，若NR等於RN，則表示該回波點為末次回波點；
(2)判斷掃描線：根據前後雷射回波點掃描角計算掃描角差值dSA，以及掃描角差值的累計和sum(dSA)，根據dSA和sum(dSA)判斷掃描線是否結束，具體判別規則如下：若dSA＝0，表示掃描線內掃描角相同的雷射回波點；若dSA＞0並且sum(dSA)＜0，表示掃描線內掃描角的單調遞減方向改變，當前掃描線結束，新掃描線開始，並將掃描角差值的累計和清零；若dSA＜0並且sum(dSA)＞0，表示掃描線內掃描角的單調遞增方向改變，當前掃描線結束，新掃描線開始，並將掃描角差值的累計和清零；
(3)計算掃描線內雷射回波點之間的水平距離及其統計量：根據前後雷射回波點位置計算回波點之間的水平距離Da，並統計水平距離Da的平均值Mean(Da)和標準差StdDev(Da)：
(4)計算掃描線0度掃描角雷射回波點的中心點：對於掃描線內多個0度掃描角雷射回波點，根據第1個回波點的GPS時間和最後一個回波點的GPS時間，計算GPS時間中值，依次計算每個回波點GPS時間與GPS時間中值之間差值的絕對值dT，將dT最小值對應的回波點作為0度掃描角雷射回波點的中心點；
(5)計算掃描線間的水平距離及其統計量：根據前後雷射掃描線中心點位置計算掃描線間的水平距離Db，並統計水平距離Db的平均值Mean(Db)和標準差StdDev(Db)：
(6)計算雷射掃描均一指數：根據雷射掃描線內雷射回波點之間水平距離Da的統計量計算掃描線內雷射掃描的均一性Ua：根據雷射掃描線間的水平距離Db的統計量計算掃描線間雷射掃描的均一性Ub：根據掃描線內雷射掃描的均一性和掃描線間雷射掃描的均一性計算雷射掃描的均一性U：
本發明的有益效果為：通過該技術方案，能夠對雷射雷達掃描數據進行處理，計算雷射掃描線內雷射回波點之間的水平距離統計量及雷射掃描線間的水平距離統計量，進而計算雷射掃描均一指數，用於評價雷射掃描數據的均一性，雷射掃描均一指數越接近於1，表示雷射掃描數據越均一。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。