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0.044 8%下降到0.003 8%，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。