激光扫描测距误差

4.1.2　激光扫描测距误差

(1)激光扫描测距仪器误差

激光测距的每一个工作过程都会带来一定的误差，但起主要作用的是电子光学电路对经过地面散射和空间传播后的不规则激光回波信号进行处理来确定时间延迟带来的误差，分别有时延估计误差和时间测量误差两类。此外，还包括激光发射信号路径与信号接收路径不平行产生的误差(可校正);激光脉冲信号传播时间的测量误差;反光镜的旋转、震动误差;脉冲零点误差等。仪器误差可通过比较利用激光雷达和精密测量手段测量同一表面高度的差别来确定，一般在室内进行检定，检校后的残余误差为厘米级水平。

(2)大气折射误差

激光在穿过大气时，同GPS信号一样也要受到大气(对流层)折射误差的影响，其影响程度取决于激光脉冲的波长，对同一种信号而言，大气折射误差主要与气温、气压和大气湿度有关。大气改正要同时考虑大气延迟和大气折射，一般来讲，每100m激光光程由于大气的影响会产生大约2cm的距离误差(Vaughn，et al，1996)。用于机载激光雷达的激光脉冲波长大约为1μm，而GPS载波信号的波长约为2dm，因此，同GPS信号相比，激光脉冲信号受大气折射的影响要小得多，天顶方向对流层延迟改正误差的绝对量只有几个mm的量级(Marini，et al，1973)，同目前激光雷达测量的精度相比要小得多，考虑简单的模型改正后，残余误差可以忽略。此外，对于波长很短的激光来讲，信号在对流层经过时有色散效应，有些系统还可以使用双频激光消除大气折射误差的影响。

(3)同反射面有关的误差

激光脉冲信号照射地面物体时，由于地表物理特征的不同而产生不同的后向反射，当信号发生漫反射时，出现大量反射信号被接收，会形成较大的接收噪声;当信号照射到光滑物体表面，便形成镜面反射，可能会造成激光测距信号“丢失”。另外，有的信号可能经几次反射后反射回去，这样测定的时间延迟不能代表真正的时间延迟。激光测距的精度还与地面粗糙程度、地面坡度、地面物体的干扰(如植被)等有关。另外，被水域覆盖的地方，红外激光大部分被吸收，只有少量被反射，如果碰到静止水面，就形成镜面反射，信号反射不回去;地表不连续以及移动物体，如行人、车辆、动物等都会影响激光雷达测量的精度。