專利名稱：一種航空遙感集成系統(tǒng)檢校方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空遙感集成系統(tǒng)，具體涉及ー種航空遙感集成系統(tǒng)檢校方法。
背景技術(shù)：
航空遙感集成系統(tǒng)的精度不僅受數(shù)字航測(cè)相機(jī)、LIDAR、POS與慣性穩(wěn)定平臺(tái)等核心部件精度的影響，更取決于集成系統(tǒng)中多傳感器時(shí)空參數(shù)和動(dòng)態(tài)變化模型的準(zhǔn)確性。目前國(guó)內(nèi)沒有高精度的空対地和地対地檢校場(chǎng)，多傳感器時(shí)空參考和飛行環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致遙感集成系統(tǒng)的時(shí)空參考和轉(zhuǎn)換參數(shù)難以精確確定，使多傳感器組合高精度檢校成為本課題的關(guān)鍵技術(shù)難題。輕小型航空遙感系統(tǒng)主要由輕小型航空器、遙感載荷、POS與穩(wěn)定平臺(tái)、地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等幾部分組成。雖然遙感載荷、POS與穩(wěn)定平臺(tái)和各個(gè)功能部分都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢校調(diào)試，但是作為ー個(gè)系統(tǒng)總體仍然需要調(diào)試檢校。一方面，通過(guò)系統(tǒng)地面總體聯(lián)調(diào)，驗(yàn)證系統(tǒng)的功能與可靠性。另ー方面，通過(guò)地面校準(zhǔn)設(shè)備使得各個(gè)功能模塊的空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)得到統(tǒng)一，這是系統(tǒng)進(jìn)行飛行試驗(yàn)的前提。為了保證輕小型航空遙感系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程包括從數(shù)據(jù)的獲取到存儲(chǔ)處理整個(gè)鏈路的貫通，以及整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，大量的系統(tǒng)測(cè)試工作是非常重要的，內(nèi)容主要包括測(cè)試方案的制定，分系統(tǒng)地面獨(dú)立測(cè)試、多系統(tǒng)地面聯(lián)測(cè)、飛行實(shí)測(cè)、應(yīng)用項(xiàng)目檢驗(yàn)，具體測(cè)試除了邏輯連接、遙感功能實(shí)現(xiàn)、電能供給、電磁屏蔽等方面外，還應(yīng)包括溫度、濕度、 氣壓等環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)以及安全性、可靠性、耐久性指標(biāo)檢測(cè)。我國(guó)在傳統(tǒng)航空遙感影像獲取領(lǐng)域的大量?jī)x器長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)ロ，追究其原因有 ニ 一是這些儀器技術(shù)難度很高，而且發(fā)展很快，我國(guó)技術(shù)差距較大；二是這些儀器所面向的傳統(tǒng)領(lǐng)域市場(chǎng)已被外國(guó)廠商壟斷控制，我國(guó)產(chǎn)品突破很難。近幾年我國(guó)買進(jìn)相當(dāng)數(shù)量的航空數(shù)碼相機(jī)和LIDAR系統(tǒng)，其購(gòu)買量達(dá)世界市場(chǎng)總銷售量的四分之一左右。高精度輕小型航空遙感系統(tǒng)是遙感領(lǐng)域的重要組成部分，也是遙感技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。高精度POS與穩(wěn)定平臺(tái)、輕小型遙感載荷以及高效海量數(shù)據(jù)快速處理是研制高精度輕小型航空遙感系統(tǒng)的關(guān)鍵。其中高精度POS與穩(wěn)定平臺(tái)是核心的技術(shù)瓶頸，正因?yàn)镻OS 與穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)遙感系統(tǒng)的核心作用，所以盡管該技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)相對(duì)成熟，但我國(guó)受到技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)。我國(guó)尚未對(duì)高性能POS與穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)研制，僅在機(jī)載中高精度POS方面進(jìn)行了初歩嘗試。目前對(duì)系統(tǒng)核心部件及組合系統(tǒng)的檢校技術(shù)及方法還處在試驗(yàn)階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種航空遙感集成系統(tǒng)檢校方法，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)航空遙感集成系統(tǒng)的高精度檢測(cè)及校準(zhǔn)。為了解決背景技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案在高精度的相機(jī)檢校以及組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高精度系統(tǒng)航空遙感集成系統(tǒng)檢校，檢校方法如下1、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會(huì)方法獲取外方位元素作為真值，解算外方位元素；
2、采用基于POS的位置姿態(tài)參數(shù)和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗(yàn)證的方法對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核；
3、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點(diǎn)絕對(duì)定向，均勻采集檢校場(chǎng)外業(yè)檢查點(diǎn)，進(jìn)行驗(yàn)證。具體步驟如下
第一歩在航空遙感集成系統(tǒng)檢校場(chǎng)檢校裝置上裝載集成系統(tǒng)，模擬多種飛行姿態(tài)，獲取集成系統(tǒng)檢校數(shù)據(jù)，包括POS獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)(或激光LIDAR數(shù)據(jù))、GPS數(shù)據(jù)；
第二步應(yīng)用野外控制點(diǎn)地理數(shù)據(jù)，采用單片后方交會(huì)法求取影像外方位元素值，作為真值；
第三步解算Pos姿態(tài)到像片外方位元素轉(zhuǎn)換需要的偏心角和線元素偏移值； 第四步組合導(dǎo)航外方位元素和后方交會(huì)外方位元素之差進(jìn)行測(cè)量平差，計(jì)算的殘差和中誤差；
第五步用空三方法解算外方位元素；
第六步用直接控制點(diǎn)定向方法解算外方位元素；
第七步通過(guò)一至六歩數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)外方位元素改正參數(shù)值。本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)影響DG精度的因素可歸納為三個(gè)方面相機(jī)自身檢校精度，由 Pos姿態(tài)到像片外方位元素轉(zhuǎn)換解算精度即系統(tǒng)檢校精度，組合導(dǎo)航解算的精度。在實(shí)現(xiàn)高精度的相機(jī)檢校以及組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算的基礎(chǔ)上，采用三種方法獲得的外方為元素在 JX-4G立體測(cè)圖下安置外方位值，建立立體相対，采集控制點(diǎn)(檢查點(diǎn))坐標(biāo)，進(jìn)行點(diǎn)位精度比較驗(yàn)證。本發(fā)明應(yīng)用自行研制的移動(dòng)靶標(biāo)、實(shí)時(shí)云圖采集系統(tǒng)、地面檢校場(chǎng)、模擬飛行導(dǎo)軌等技術(shù)設(shè)備、多組合模式集成遙感系統(tǒng)獲取復(fù)雜地形、復(fù)雜姿態(tài)的遙感數(shù)據(jù)，解算多組合模式集成遙感系統(tǒng)的內(nèi)方位元素修正值、時(shí)間同步、空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等檢校參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)航空遙感集成系統(tǒng)的高精度檢測(cè)及校準(zhǔn)。


圖1為本發(fā)明中POS各坐標(biāo)系示意圖； 圖2為本發(fā)明中外方位直線元素圖； 圖3為本發(fā)明中系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1-3，本具體實(shí)施方式
采取以下技術(shù)方案在高精度的相機(jī)檢校以及組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高精度系統(tǒng)航空遙感集成系統(tǒng)檢校，檢校方法如下
1、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會(huì)方法獲取外方位元素作為真值，解算外方位元素；
2、采用基于POS的位置姿態(tài)參數(shù)和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗(yàn)證的方法對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核；
3、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點(diǎn)絕對(duì)定向，均勻采集檢校場(chǎng)外業(yè)檢查點(diǎn)，進(jìn)行驗(yàn)證。
具體步驟如下
第一歩在航空遙感集成系統(tǒng)檢校場(chǎng)檢校裝置上裝載集成系統(tǒng)，模擬多種飛行姿態(tài)，獲取集成系統(tǒng)檢校數(shù)據(jù)，包括POS獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)(或激光LIDAR數(shù)據(jù))、GPS數(shù)據(jù)； 第二步應(yīng)用野外控制點(diǎn)地理數(shù)據(jù)，采用單片后方交會(huì)發(fā)求取影像外方位元素值，作為
真值；
第三步解算Pos姿態(tài)到像片外方位元素轉(zhuǎn)換需要的偏心角和線元素偏移值； 第四步組合導(dǎo)航外方位元素和后方交會(huì)外方位元素之差進(jìn)行測(cè)量平差，計(jì)算的殘差和中誤差；
第五步用空三方法解算外方位元素；
第六步用直接控制點(diǎn)定向方法解算外方位元素；
第七步通過(guò)一至六歩數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)外方位元素改正參數(shù)值。本具體實(shí)施方式
的坐標(biāo)系統(tǒng)定義 1.1. POS系統(tǒng)相關(guān)坐標(biāo)系
1. POS系統(tǒng)導(dǎo)航坐標(biāo)系(g-x y ζ)。也稱當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系，即地理坐標(biāo)系，是右手系。 一般分兩種東北天坐標(biāo)系(ENU)和北東地坐標(biāo)系(NED)。一般，我國(guó)習(xí)慣用東北天坐標(biāo)系， 即χ軸指向地理東向，y軸指向地理北向，ζ軸與X，y軸正交指向地理天向。1.2.地心直角坐標(biāo)系(E-X Y Z)。以參考橢球體的質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸指向赤道與格林尼治
子午線的交點(diǎn)，Z軸指向北扱，Y軸按右手系規(guī)則確定，是ー個(gè)笛卡爾三維空間直角坐標(biāo)系。本集成系統(tǒng)中采用GPS中使用的WGS-84世界大地坐標(biāo)系，是ー種國(guó)際上采用的地心坐標(biāo)系。1.3. IMU本體坐標(biāo)系(b-x y ζ)。以IMU傳感器的三個(gè)視準(zhǔn)軸作為坐標(biāo)軸。χ軸指向載體右方，Y軸指向載體前方，ζ軸與X，y兩軸正交指向上。1.2攝影測(cè)量坐標(biāo)系
1.2.1.像空間坐標(biāo)系S-xyz。該坐標(biāo)系是ー種過(guò)渡坐標(biāo)系，用來(lái)表示像點(diǎn)在像方空間的位置，以投影中心S為原點(diǎn)，攝影機(jī)的主光軸為ζ軸，χ, y軸分別與像平面坐標(biāo)系的X，y 軸平行。1. 2. 2.像空間輔助坐標(biāo)系S-XYZ。以攝站點(diǎn)S為坐標(biāo)原點(diǎn)，以鉛垂方向?yàn)閆軸，取航線方向?yàn)閄軸，三軸構(gòu)成右手系。1.2. 3.地面輔助坐標(biāo)系m-xyz。以某一地面控制點(diǎn)為原點(diǎn)，坐標(biāo)軸與像空間輔助坐標(biāo)系平行。1. 2. 4.地面測(cè)量坐標(biāo)系0-ΧΥΖ。我國(guó)習(xí)慣采取高斯克魯格投影的平面直角坐標(biāo)系和高程系，屬于左手系。攝影測(cè)量的最后成果習(xí)慣上要變換到這個(gè)系統(tǒng)中。1.2.5.航攝儀本體坐標(biāo)系(c-x y ζ)。以投影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，取航線方向?yàn)棣?軸，ζ軸向上，y軸按右手系規(guī)則確定。各種坐標(biāo)系間的關(guān)系如圖1所示。 1. 3實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)矩陣
1. 3. 1.導(dǎo)航坐標(biāo)系(g)到IMU本體坐標(biāo)系(b)的旋轉(zhuǎn)矩陣《
POS系統(tǒng)獲取的姿態(tài)參數(shù)航向角(yaw縮寫y，yaW=-heading)，俯仰角(pitch縮寫p)，
5側(cè)滾角(roll縮寫r)用于將IMU本體坐標(biāo)系(b)中的坐標(biāo)矢量轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)系(g)中。 POS系統(tǒng)輸出的姿態(tài)參數(shù)組成旋轉(zhuǎn)矩陣，該矩陣可將POS系統(tǒng)輸出的地理坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為 IMU本體坐標(biāo)系，如公式(1)所示
權(quán)利要求
1.ー種航空遙感集成系統(tǒng)檢校方法，其特征在于在高精度的相機(jī)檢校以及組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高精度系統(tǒng)航空遙感集成系統(tǒng)檢校，檢校方法如下(1)、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會(huì)方法獲取外方位元素作為真值，解算外方位元素；(2)、采用基于POS的位置姿態(tài)參數(shù)和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗(yàn)證的方法對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核；(3)、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點(diǎn)絕對(duì)定向，均勻采集檢校場(chǎng)外業(yè)檢查點(diǎn)，進(jìn)行驗(yàn)證。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種航空遙感集成系統(tǒng)檢校方法，其特征在于它的具體步驟如下第一歩在航空遙感集成系統(tǒng)檢校場(chǎng)檢校裝置上裝載集成系統(tǒng)，模擬多種飛行姿態(tài)，獲取集成系統(tǒng)檢校數(shù)據(jù)，包括POS獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)；第二步應(yīng)用野外控制點(diǎn)地理數(shù)據(jù)，采用單片后方交會(huì)法求取影像外方位元素值，作為真值；第三步解算Pos姿態(tài)到像片外方位元素轉(zhuǎn)換需要的偏心角和線元素偏移值；第四步組合導(dǎo)航外方位元素和后方交會(huì)外方位元素之差進(jìn)行測(cè)量平差，計(jì)算的殘差和中誤差；第五步用空三方法解算外方位元素；第六步用直接控制點(diǎn)定向方法解算外方位元素；第七步通過(guò)一至六歩數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)外方位元素改正參數(shù)值。
全文摘要
一種航空遙感集成系統(tǒng)檢校方法，它涉及航空遙感集成系統(tǒng)。在高精度的相機(jī)檢校以及組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)解算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高精度系統(tǒng)航空遙感集成系統(tǒng)檢校，檢校方法如下(1)、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會(huì)方法獲取外方位元素作為真值，解算外方位元素；(2)、采用基于POS的位置姿態(tài)參數(shù)和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗(yàn)證的方法對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核；(3)、利用POS記錄姿態(tài)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點(diǎn)絕對(duì)定向，均勻采集檢校場(chǎng)外業(yè)檢查點(diǎn)，進(jìn)行驗(yàn)證。它能實(shí)現(xiàn)對(duì)航空遙感集成系統(tǒng)的高精度檢測(cè)及校準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102538820SQ20111041509
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者關(guān)艷玲, 馮瑋煒, 劉先林, 劉宗杰, 姚繼峰, 左建章, 李軍杰, 楊鐵利, 蘇玉楊, 馬浩 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院, 北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司