国产SW—LiDAR系统的简介(2)

　　2.1 惯性导航原理 惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System）是20世纪初发展起来的导航定位系统，它同全球导航卫星定位系统（GNSS， Global Navigation Satellite System）及地面电子测绘系统一起，形成现代三种空间定位系统。惯性导航系统属于一种推算导航方式，其基本原理是根据牛顿第一运动定律（惯性定律），利用陀螺和加速度计等惯性测量元件测量运行载体在运动过程中的线运动和角运动参数，通过在一定的坐标系内积分计算，最终得到运动体的相对位置、速度和姿态等参数[4]。
　2.2 差分GPS定位原理 全球定位系统主要包括空间部分（卫星星座）、地面监控部分和用户设备部分（GPS接收机）。GPS以距离作为基本观测量，通过对四颗（或以上）卫星同时进行实时观测，即可解算出接收机的位置。全球定位系统的定位精度受空间卫星误差、接收机误差及外界条件误差等的影响。
　　由于卫星星历误差、卫星钟差、电离层和对流层延迟误差，对同一颗卫星的两站观测值的影响是相同或基本相同的，因此，可以在两站或多站同步跟踪相同的GPS卫星，通过差分定位技术有效地减弱或消除以上误差的影响，提高定位精度。
　　差分GPS（DGPS，Differential GPS）的基本原理是，在一个或几个已知坐标的位置安置GPS接收机作为地面基准站，与运动载体上的接收机进行同步观测，然后，将已知点上的GPS测定的位置坐标或其它参数与相应的已知值求差，再通过通过通讯设备将基站的差分信息传送给载体上的移动GPS接收机，联合结算两站的观测数据。
　　差分GPS分为两大类：载波相位差分和伪距差分。伪距差分是以伪距作为观测量进行差分处理，能够得到米级的定位精度；载波相位差分以两个测站的载波相位观测值为基础，通过处理可以将定位精度提高到厘米级。在POS辅助航空摄影测量中主要采用载波相位差分技术[5]。
　　2.3 构像方程 构像方程是指地物点在机载激光雷达测量系统中的坐标与其在地面上对应点的大地坐标之间的数学关系。数学关系的建立需要借助于前面建立的各种坐标系，通过坐标转换得到地面目标点的大地坐标。可以设某一束激光从发射点到目标点的距离为？籽，那么根据对瞬时激光坐标系的定义，此时激光脚点的坐标为（xSL，ySL，zSL）T，并有xSLySLzSL=00？籽（1）
　　LiDAR对地定位的坐标转换顺序可以描述为：瞬时激光坐标系→激光扫描坐标系→载体坐标系→惯性平台坐标系→当地水平坐标系→当地垂直坐标系→WGS-84系。有时用户为了使用的方便，还需要将WGS-84系进一步转化到局部坐标系。由此可以得出LiDAR的构像方程[3，6]。
　　x84y84z84=xGPSyGPSzGPS+RWRGRNRMRL00？籽+？驻x■■？驻y■■？驻z■■-？驻x■■？驻y■■？驻z■■
　　（2）
　　为了简单表示，可用向量表示为：
　　P=PGPS+RWRGRN（RM·RL·r+tL-tG）（3）
　　其中，P=（x84，y84，z84）T是激光脚点在WGS-84系中的坐标；
　　PGPS=（xGPS，yGPS，zGPS）T是天线相位中心在WGS-84系中的坐标；
　　r=（0，0，？籽）T是激光脚点在瞬时激光束坐标系中的位置向量。
　　3 工作流程
　　虽然目前LiDAR设备种类繁多，但是从工作原理，工作流程上还是大致相同的。航测进行之前，需要进行详细而周密的准备工作，包括测区规划、空域申请、航线设计、设备调试、天气预报查询等工作；然后飞行获取数据；最后对数据进行预理，处理过程中最重要的是获取检校参数；最后通过后期滤波分类处理后，还可以内插成DEM以及进行三维建模等。机载LiDAR系统工作流程可以分为航测规划、数据采集、数据预处理、数据后处理四阶段，流程见图3。
　　4 总结与展望