1 / 43

Lézerszkennelés

Lézerszkennelés. GNSS/GPS Inerciális navigáció LiDAR adatok pontossága. GPS Rövid történet. Előzmények: klasszikus helymeghatározások műholdas lézeres távmérés Doppler-technika Megrendelő: DoD Rendszernév: Navstar Global Positioning System (GPS)

yetta
Download Presentation

Lézerszkennelés

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Lézerszkennelés GNSS/GPS Inerciális navigáció LiDAR adatok pontossága

  2. GPS Rövid történet • Előzmények: • klasszikus helymeghatározások • műholdas lézeres távmérés • Doppler-technika • Megrendelő: DoD • Rendszernév: Navstar • Global Positioning System (GPS) • GNSS: alaprendszerek, kiegészítő rendszerek, felhasználók

  3. Konkurrenciák • GLONASS • hasonló rendszer • H=19100 km • i=64.8° • T=11h 15m • 3 × 8 műhold • 2 jeltípus, műholdanként más frekvencia • Galileo • 27+3 műhold • H=23600 km • i=56° • T=14h • 10 különböző jel 4 frekvencián

  4. Mérési módok • Kódmérés (pontosság: m-dm) • Fázismérés (pontosság: mm) • Cél: pszeudotávolság (műhold-vevő távolság + órahiba)

  5. Mérési módszerek • abszolút - relatív (differenciális) • statikus - kinematikus • valós idejű – utólagos • kombinációk!

  6. Ismertebb mérési módszerek • Navigációs: absz., valós, kód, 10 m • DGPS: diff, valós, kód, m • Statikus: rel, utó, fázis, mm-cm • Kinematikus: rel, utó, fázis, cm • RTK: rel, valós, fázis, cm

  7. DGPS lehetőségei • Wide Area Diff. GPS (WADGPS) • fajtái: • WAAS (USA) • EGNOS (Európa) • MSAS (Japán) • Permanens állomások • Internet • mobil • rádiójeladók, RDS

  8. Lézerszkennelés Inerciális navigáció

  9. Dead reckoning • ahol • n,e,u,v,ψ • ami alapján u n ψ v e

  10. Inerciális navigáció • ahol • n,e,u,v,ψ,ω • ami alapján au n ψ ω av e

  11. Differenciális összefüggések • elmozdulás • sebesség • gyorsulás

  12. Integrál összefüggések • gyorsulás • sebesség • elmozdulás

  13. Példa • konstans gyorsulás elemi kis szakaszra

  14. Inerciális mérőműszerek • IMU-Inertial Measurement Unit • INS-Inertial Navigation System • Típusai: • mechanized (mozgó platform – pl. giroszkóp) • strap-down (rögzített platform) • Mérési módszerek: • MEMS – Micro Electro-Mechanical Sensor • FOG – Fiber Optic Gyro • MG – Mechanical Gyro

  15. Ring LaserGyro IMU Honeywell HG1930

  16. FiberOpticGyro IMU NorthropGrumman LN-200

  17. MicroElectroMechanicalSystem IMU Crossbow NAV420CA Razor

  18. Mérés INS-sel • Roll-pitch-yaw • Roll rate-pitchrate-yawrate • ax-ay-az • Példa: CrossbowAHRS400CB

  19. INS-mérések (Gyroview)

  20. INS-mérés és feldolgozása

  21. Lézerszkennelés LiDAR pontosság

  22. A pontosságot befolyásoló tényezőkAz „error budget” • 3D pontosság függ • Lézerszenzor által mért távolság • Lézersugár pozíciója • Lézersugár helyzete • Lézer-szenzor • GPS • INS

  23. Példák hibaforrásokra • Lézer footprint • Vevő időmérési hibája (0.05-2ns) • Lézer szenzor és IMU közti külpontosság • Lézer szenzor és GPS antenna közti külpontosság • Szkennelési-szög mérése

  24. Alrendszerek hibáinak súlyozott figyelembevétele • Cél: kiegyensúlyozott ár/teljesítmény arány • Pl. elkerülendő: • Lézertávmérő cm alatti pontosság + átlagos GPS pontosság • High-end INS + 0.5° szögmérési pontosság

  25. Mi a „LiDAR-pontosság”? • Alrendszerek pontossága • Hibák, külpontosságok • A kiszámított pontosság (alrendszerek összetevőiből) rosszabb, mint a gyakorlati • ASPRS LiDAR subcommitee • Szabványok

  26. Gyártók/szolgáltatók által megadott pontossság • Statisztikai módszerek • Általában 1σ pontosságot adnak meg (~68%) • Általában átlagos pontosságot adnak meg, sáv-szélesség nélkül (ált. a min. és max. átlaga) • Geoid figyelmen kívül hagyása • Terepi illesztőpontok figyelembe vétele • Általában függőleges pontosságra helyezik a hangsúlyt

  27. Lézertávmérő pontossága • Ismert technológia • Légi lézerszkennerek • Szilárd-fényerősítős vagy lézer-dióda • 5-10ns impulzushossz • 5-7cm távmérési pontosság (magasságtól függetlenül) • Általában a legjobban definiált és legkisebb hiba-faktor

  28. Lézertávmérő kalibrálása • Időmérő kalibrálása • Kibocsátott és vett pulzusok pozícionálása • Távolság-változás ferde felületről történt visszaverődésnél

  29. Atmoszferikus korrekciók • Hullámhossz-függő • Refrakció • Fénysebesség változása • Hőmérséklet, légnyomás, páratartalom, tengerszint feletti magasság és szélesség • Komplex atmoszféra-modell alkalmazása adatfeldolgozáskor

  30. Lézersugár széttartása (divergencia) és a footprint mérete • 1 mm-es sugár, 0.25 mrad széttartása: 25 cm-es footprint 1000 m-ről és 50 cm-es 2000 m-ről • A - Footprint területe, D - lézer sugár mérete (kibocsátás), R – távolság, γ – lézersugár széttartása • Lézersugárzó optikájának állításával befolyásolható • Tipikus széttartás értékek: 0.25 – 5 mrad

  31. GPS hibák • Relatív helymeghatározás • Fázismérés (pl. RTK: cm) • Kódmérés (DGPS: m) • Műhold-geometria: PDOP • Többutas terjedés • Antenna fázis-középpont modell • Légköri hatások (troposzféra vagy ionoszféra)

  32. Geoid • GPS „magassági” hibája • Modellek, pl. Geoid99 modell (USA) • ±5.2 cm 5 km-es távon • ±5.5 cm 10 km-en • ±6 cm 100 km-en • Teszt: LiDAR DEM és földi felmérés összehasonlítása

  33. IMU hibája • Szenzor helyzete szükséges (de nem elégséges) feltétele a szenzor és a földi (WGS84) koordináták transzformációjához • roll (ω), pitch (φ), heading/yaw (κ)

  34. Hibahatások; roll (ω)

  35. Hibahatások; pitch (φ)

  36. Hibahatások; yaw (κ)

  37. IMU pontossága • Kereskedelmi rendszereknél 0.008° (φ/ω), 0.015° (κ) (Applanix POS/AVTM 410 (MEMS)) 0.005° (φ/ω), 0.008° (κ) (Applanix POS/AVTM 510 (FOG)) 0.0025° (φ/ω), 0.005° (κ) (Applanix POS/AVTM 610 (RLG)) • 0.005° 0.17 m-es terepi eltérést okoz 2000 m magasból • Magassággal arányos

  38. Irányzási hiba egyéb összetevői • Szkenner tükör szög-meghatározása • Tükör mozgás nem lineáris összetevői (különösen az oszcilláló tükrös rendszereknél)

  39. Vízszintes vs. Magassági pontosság • Vízszintes pontosság • Nagyban az irányzási pontosságtól függ, ezért a repülési magassággal arányosan romlik • Ált. 2-3-szor rosszabb, mint a magassági pontosság • Általános meghatározási mód: a repülési magasság arányában, pl. 1/1000, 1/2000 vízszintes pontosság • „1/2000th the altitude”

  40. Alrendszerek kapcsolata • ECF • IRF • ARF

  41. Általános „LiDAR-egyenlet”

  42. „error budget”

  43. Irodalomjegyzék • Farrell, J.A. – Barth, M. (1999): The Global Positioning System and Inertial Navigation, McGraw-Hill, New York • www.airborne1.com • http://www.grc.nasa.gov • A. Wehr, U. Lohr (1999): Airborne laser scanning – an introduction and overview, ISPRS • E.P. Baltsavias (1999): Airborne laser scanning: basic relations and formulas, ISPRS • P. Lohmann: Laserscanning Geometric Aspects, IPI presentation • P. Lohmann: Laserscanning Introduction

More Related