黃偉賢，劉嵩鶴，齊 宇

（解放軍95072 部隊(duì)信息保障處，南寧 530022）

近年來(lái)，隨著有關(guān)激光點(diǎn)云研究的不斷深入，其在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中的應(yīng)用也越來(lái)越受到人們的重視。但是若想充分發(fā)揮出激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，提高衛(wèi)星導(dǎo)航定位的準(zhǔn)確度，就要深入研究其應(yīng)用方法。尤其是要深入研究如何控制其定位誤差，提升激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的可行性。

1 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)分析

所謂點(diǎn)云是指通過(guò)應(yīng)用測(cè)量?jī)x器得到的有關(guān)產(chǎn)品外觀表面的點(diǎn)數(shù)據(jù)集合。激光點(diǎn)云是指用激光照射物體表面，得到發(fā)射的激光能夠反映出方位、距離等信息，而后再按照某種軌跡用激光束進(jìn)行掃描，就會(huì)得到大量的激光點(diǎn)。這些激光點(diǎn)的集合就稱為激光點(diǎn)云。

獲取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的主要方法是：先分析掃描對(duì)象的實(shí)際情況，而后再確定所需測(cè)站數(shù)及位置、控制標(biāo)靶數(shù)及位置。接下來(lái)，再連接計(jì)算機(jī)、掃描儀，并借助相關(guān)軟件進(jìn)行目標(biāo)拍照，選擇目標(biāo)區(qū)域。最后，設(shè)置參數(shù)，并掃描。這樣完成所有測(cè)站的掃描后，再對(duì)靶標(biāo)進(jìn)行掃描就能得到激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用途徑非常廣泛。如在部件制造、三維制圖、多元化視覺等方面都有應(yīng)用。而之所以能在衛(wèi)星導(dǎo)航定位中應(yīng)用激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)是因?yàn)橛眉す鈱?duì)地球表面進(jìn)行掃描，可得到比較精確的三維x、y、z 等測(cè)量值。并且還能得到可用GIS 管理、顯示、分析的離散多點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合。若是能繼續(xù)對(duì)激光點(diǎn)云進(jìn)行處理，并對(duì)激光遇到特定表面要素進(jìn)行分類，就能區(qū)分開建筑物、地面、高速公路等。最重要的是它還能精準(zhǔn)分辨空間、時(shí)間信息，穿越部門樹林等遮擋物，獲得更加精準(zhǔn)的物體三維信息。

2 基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法

2.1 提取激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)

在標(biāo)識(shí)激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，可采用{（xi， yi， zi）; i=1， 2…， n}的形式。在該表達(dá)式中，n 表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)總數(shù)，i 表示數(shù)據(jù)點(diǎn)索引。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平面坐標(biāo)表達(dá)可采用平面坐標(biāo)表達(dá)式。可表示為，B 表示平面域。另外，為了方便建立三維模型，可重新整合點(diǎn)云數(shù)據(jù)表達(dá)式，以方便后期的統(tǒng)計(jì)、分析。

接下來(lái)，還可應(yīng)用標(biāo)識(shí)點(diǎn)方法構(gòu)建目標(biāo)地面投影幾何形狀。然后運(yùn)用幾何重心方法得到平面域節(jié)點(diǎn)集合、隨機(jī)變量、目標(biāo)投影點(diǎn)高程、地面投影點(diǎn)高程等的概率密度函數(shù)。假設(shè)其隨機(jī)點(diǎn)為，其中j為正整數(shù)。那么依據(jù)相關(guān)理論可得到其幾何重心平面坐標(biāo)為。此時(shí)，可認(rèn)定集合F 為幾何重心集合。如果假設(shè)這些重心是均勻分布，那么就可得到其概率密度函數(shù)公式。又知在平面域B 中，任何一個(gè)幾何重心都存在一個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)集合。這時(shí)就可以對(duì)該節(jié)點(diǎn)集合進(jìn)行標(biāo)識(shí)。若與幾何重心相對(duì)應(yīng)的多邊形定點(diǎn)是平均分布在平面域中的，就可求出節(jié)點(diǎn)集合概率密度函數(shù)公式。接下來(lái)，可繼續(xù)根據(jù)此方法及其他理論知識(shí)，得到隨機(jī)變量概率密度公式、節(jié)點(diǎn)集合概率公式等。最后再依據(jù)貝葉斯定理，就能確定激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的提取模型。

2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航定位

可將相對(duì)差分技術(shù)作為衛(wèi)星導(dǎo)航定位的關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)利用差分處理方法，可充分發(fā)揮出分析、差分組合的優(yōu)勢(shì)，精準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，從而有效降低定位誤差。并且還可將差分為單差、雙差，并利用單差進(jìn)行大氣延時(shí)、衛(wèi)星中差的調(diào)整。最重要的是能夠?qū)Λ@取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合的陣列方程。完成上述操作之后，就可以進(jìn)行激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的相對(duì)定位、相對(duì)速度結(jié)算，從而實(shí)現(xiàn)精確、高效的目標(biāo)定位。

2.3 實(shí)驗(yàn)分析

為了確定基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法是否具有較高的精準(zhǔn)度，文章設(shè)計(jì)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)方法是設(shè)置對(duì)照組。一組為文章描述的導(dǎo)航定位方法，具體是在MATLAB 仿真平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，先利用衛(wèi)星接收裝置先完成激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖片，對(duì)其中20個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行五次水平方向上的導(dǎo)航定位。第二組是OTSU 多閾值方法。第三組是虛擬特征方法。

結(jié)果顯示：應(yīng)用所述方法，其誤差值在0.22-0.73之間，應(yīng)用OTSU 多閾值、虛擬特征定位方法，其誤差值在0.40-1.22之間。顯然，所述方法的導(dǎo)航定位精準(zhǔn)度更高。同時(shí)，為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性，還分別運(yùn)用兩種方法進(jìn)行了高程導(dǎo)航定位對(duì)比。前者的誤差值在0.05-0.34之間。OTSU 多閾值、虛擬特征定位方法的誤差值在0.20-0.53之間。而我國(guó)有關(guān)規(guī)定指出進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航定位時(shí)，需保證平面誤差、高程誤差在1.2米、0.5米以下。顯然，所述方法比較符合國(guó)家規(guī)范要求。另外，在激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，還采用文章所述方法對(duì)不同的距離進(jìn)行了五次導(dǎo)航定位。結(jié)果表明：運(yùn)用所述方法進(jìn)行定位，其誤差值不會(huì)超過(guò)0.2%。并且結(jié)合誤差理論分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)導(dǎo)航定位置進(jìn)平均，可進(jìn)一步提高導(dǎo)航定位結(jié)果的精確度。如果繼續(xù)運(yùn)用MATLAB 軟件對(duì)各種定位數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、擬合，還能發(fā)現(xiàn)其實(shí)際定位數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)是相同的。最重要的是通過(guò)橫向?qū)Ρ冗€能夠發(fā)現(xiàn)，在三種導(dǎo)航定位方法中文章所述方法的用戶容量更大、數(shù)據(jù)共享性更強(qiáng)、覆蓋范圍更廣。也就是說(shuō)，基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法不僅精準(zhǔn)，而且方法性能強(qiáng)。

綜上所述，通過(guò)應(yīng)用激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)方法可以進(jìn)行高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航定位。所以，應(yīng)繼續(xù)加大激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的研究力度，提高激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平，從而推動(dòng)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。尤其是要深化其應(yīng)用方式，不斷降低定位誤差，真正實(shí)現(xiàn)高精度定位。