FMCW激光雷达几何结构精度模型与误差修正

为实现调频连续波(Frequency-modulated Continuous-wave,FMCW)激光雷达的高精度测量,针对激光雷达机械加工及装配过程中引入的几何结构误差,提出了基于激光雷达坐标测量误差的系统误差模型及误差修正方法.建立了激光雷达坐标系组,分析了空间坐标测量误差的来源.通过坐标系间的变换矩阵,实现了测量坐标的几何误差传递.然后,归并各坐标系的几何误差,建立了显式的激光雷达几何空间坐标误差表达式.并以此为基础,建立最小二乘优化目标,解算各项误差因子和修正后坐标.求得的误差因子可以用作后续坐标测量结果的修正.最后,基于该方法设计了一套以激光跟踪仪为高精度测量仪器、以靶球球心位置为标准点的标定场,使用激光跟踪仪与激光雷达测量相同位置的靶球完成系统误差修正.实验结果表明,经修正激光雷达空间距离测量的平均误差由0.0448％下降到0.0038％,误差极大值由4.17 mm下降到0.30 mm,验证了激光雷达几何结构误差标定和误差修正方法的有效性.