机载LiDAR系统主要由GNSS接收机、IMU、激光扫描仪等传感器组成，在飞机上安置各传感器后，各传感器之间由于几何中心不重合，主要轴向也不平行，存在系统性误差（张汉德，2011）。系统最大的误差就源于这些系统性误差，一般几何中心的偏移容易测量，不容易直接测量的主要是激光扫描仪与惯导系统安置角误差，即激光扫描仪坐标系与惯性平台参考坐标系不平行而引起的误差，包括航向角（heading）误差、俯仰角（pitch）误差、横滚角（roll）误差，这些误差会对测量结果产生系统性差异。为此，在系统工作前，必须进行系统的校准工作，精确地确定各设备之间的安置角。

机载LiDAR测深系统能够兼顾水部与陆部测量，由于激光在海洋中受各种地球物理环境因素的制约较大，获取的激光信息不如陆地准确；同时，考虑到陆地上特征物更为明显，因此系统校准时采用陆部校准为主，本节以陆部校准展开介绍，通过在地面布置检校场进行系统安置角参数检校。

1.检校场选择

检校场选择原则如下：

①检校场选择需考虑飞行便利、测量方便等因素；

②检校场地形平坦，有规则地物标志和检查点（明显倾斜地形或地物，如尖顶房等）；

③检校场内目标应具有较高的反射率；

④检校场面积不小于2km×2km。

2.检校布设

检校布设原则如下：

①检校测量条件：卫星数量≥10，PDOP≤5，基站距离≤30km；

②选择地形平坦且局部具有典型垂直倾斜地形或地物进行重叠飞行、平行飞行，平行航线重叠30%～50%（图8-13）；

图8-13　检校航线布设示意图

③检校航线中包括一条与②中航线垂直交叉的航线（图8-13）；

④检校飞行高度应尽量与测区飞行高度一致；

⑤检校飞行设备的视场角、脉冲频率等参数以测区飞行时使用的最大参数为准；

⑥在检校场内用GNSS测量若干个检查点，检查点应选在能准确判断点位且高程变化不大的地点；

⑦检校结束后，应飞一个验证航线对检校参数进行验证（也可结合实际项目进行），验证航线与检校航线的重叠率不小于50%。

3.安置角检校方法(www.daowen.com)

选择好检校场后，根据检校原则，确定检校场及检校方案，根据预先布设的航线进行在航检校，可参考示意图8-14（张汉德，2011）。

图8-14　飞行试验航线图

（1）横滚角校准

横滚角安置误差的存在，使得水平面上的一条本来水平的扫描脚点连线倾斜，且会使被扫描物体的平面位置沿扫描方向（垂直于飞行方向）产生偏移。因此，可以利用水平特征地物（如平直公路、机场跑道等）的激光脚点数据来恢复横滚角安置误差（张小红，2007）。校准时，通过往返重叠航带的垂直于航向的平直特征地物来检校，其飞行方式如图8-14中CD和DC所示。往返飞行后，由于横滚角安置误差的影响，两条异向重合航带采集的道路数据会产生夹角，如图8-15所示。横滚角r的计算公式如下：

式中，r为横滚角改正值；d为往返飞行时倾斜水平特征地物剖面的相对距离；l为水平距离值。

（2）俯仰角校准

俯仰角安置误差的存在，使被扫描物体的真实位置沿垂直于扫描方向产生偏差，一般采用航线下方有尖角房屋的异向重合航线设计方法对俯仰角进行检校，飞行方式如图8-14中CD和DC。由于俯仰角的存在，同一地物在往返飞行航带内的记录位置不相符（图8-16），往往是地物在其原位置沿航线方向发生位移，据此可得到俯仰角p的计算公式：

图8-15　横滚角检校原理

式中，H为平均航高；d为同一地物中心位置在往返航带之间的距离。

图8-16　俯仰角检校原理

（3）航向角校准

航向角安置误差（偏航角）的存在，不但会使地物产生位移，还会使地物发生形变。对偏航角的检校一般采用航线下方有尖顶房屋的同向平行航线设计方法（飞行方式如图8-14中AB和CD所示），由于航偏对航线边缘的地物影响最大，对航线正下方的地物几乎没有影响，故选房屋人字顶时可选择位于两条航线的边缘重叠区域。如图8-17所示，由于偏航角的存在，位于实际地面上的尖顶房屋在两条航带内被记录在两个位置，通过量测两条航带尖顶房屋的不符值d，同时量测出两条平行航线之间的距离l，即可获得偏航角值h：