專利名稱：一種航空遙感集成系統檢校方法
技術領域：
本發明涉及航空遙感集成系統，具體涉及ー種航空遙感集成系統檢校方法。
背景技術：
航空遙感集成系統的精度不僅受數字航測相機、LIDAR、POS與慣性穩定平臺等核心部件精度的影響，更取決于集成系統中多傳感器時空參數和動態變化模型的準確性。目前國內沒有高精度的空対地和地対地檢校場，多傳感器時空參考和飛行環境的復雜性導致遙感集成系統的時空參考和轉換參數難以精確確定，使多傳感器組合高精度檢校成為本課題的關鍵技術難題。輕小型航空遙感系統主要由輕小型航空器、遙感載荷、POS與穩定平臺、地面數據處理系統等幾部分組成。雖然遙感載荷、POS與穩定平臺和各個功能部分都經過嚴格的檢校調試，但是作為ー個系統總體仍然需要調試檢校。一方面，通過系統地面總體聯調，驗證系統的功能與可靠性。另ー方面，通過地面校準設備使得各個功能模塊的空間基準和時間基準得到統一，這是系統進行飛行試驗的前提。為了保證輕小型航空遙感系統的整個運行過程包括從數據的獲取到存儲處理整個鏈路的貫通，以及整個系統穩定可靠運轉，大量的系統測試工作是非常重要的，內容主要包括測試方案的制定，分系統地面獨立測試、多系統地面聯測、飛行實測、應用項目檢驗，具體測試除了邏輯連接、遙感功能實現、電能供給、電磁屏蔽等方面外，還應包括溫度、濕度、 氣壓等環境適應性指標以及安全性、可靠性、耐久性指標檢測。我國在傳統航空遙感影像獲取領域的大量儀器長期依賴國外進ロ，追究其原因有 ニ 一是這些儀器技術難度很高，而且發展很快，我國技術差距較大；二是這些儀器所面向的傳統領域市場已被外國廠商壟斷控制，我國產品突破很難。近幾年我國買進相當數量的航空數碼相機和LIDAR系統，其購買量達世界市場總銷售量的四分之一左右。高精度輕小型航空遙感系統是遙感領域的重要組成部分，也是遙感技術的重要發展趨勢。高精度POS與穩定平臺、輕小型遙感載荷以及高效海量數據快速處理是研制高精度輕小型航空遙感系統的關鍵。其中高精度POS與穩定平臺是核心的技術瓶頸，正因為POS 與穩定平臺對遙感系統的核心作用，所以盡管該技術在發達國家已經相對成熟，但我國受到技術封鎖和產品禁運。我國尚未對高性能POS與穩定平臺進行系統研制，僅在機載中高精度POS方面進行了初歩嘗試。目前對系統核心部件及組合系統的檢校技術及方法還處在試驗階段。
發明內容
本發明的目的是提供ー種航空遙感集成系統檢校方法，它能實現對航空遙感集成系統的高精度檢測及校準。為了解決背景技術所存在的問題，本發明采取以下技術方案在高精度的相機檢校以及組合導航數據解算的基礎上，進行高精度系統航空遙感集成系統檢校，檢校方法如下1、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會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的位置姿態參數和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗證的方法對多傳感器數據進行檢核；
3、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點絕對定向，均勻采集檢校場外業檢查點，進行驗證。具體步驟如下
第一歩在航空遙感集成系統檢校場檢校裝置上裝載集成系統，模擬多種飛行姿態，獲取集成系統檢校數據，包括POS獲取姿態數據、影像數據(或激光LIDAR數據)、GPS數據；
第二步應用野外控制點地理數據，采用單片后方交會法求取影像外方位元素值，作為真值；
第三步解算Pos姿態到像片外方位元素轉換需要的偏心角和線元素偏移值； 第四步組合導航外方位元素和后方交會外方位元素之差進行測量平差，計算的殘差和中誤差；
第五步用空三方法解算外方位元素；
第六步用直接控制點定向方法解算外方位元素；
第七步通過一至六歩數據確定系統外方位元素改正參數值。本發明一般來說影響DG精度的因素可歸納為三個方面相機自身檢校精度，由 Pos姿態到像片外方位元素轉換解算精度即系統檢校精度，組合導航解算的精度。在實現高精度的相機檢校以及組合導航數據解算的基礎上，采用三種方法獲得的外方為元素在 JX-4G立體測圖下安置外方位值，建立立體相対，采集控制點(檢查點)坐標，進行點位精度比較驗證。本發明應用自行研制的移動靶標、實時云圖采集系統、地面檢校場、模擬飛行導軌等技術設備、多組合模式集成遙感系統獲取復雜地形、復雜姿態的遙感數據，解算多組合模式集成遙感系統的內方位元素修正值、時間同步、空間坐標轉換等檢校參數，實現對航空遙感集成系統的高精度檢測及校準。
圖1為本發明中POS各坐標系示意圖； 圖2為本發明中外方位直線元素圖； 圖3為本發明中系統圖。
具體實施例方式
參照圖1-3，本具體實施方式
采取以下技術方案在高精度的相機檢校以及組合導航數據解算的基礎上，進行高精度系統航空遙感集成系統檢校，檢校方法如下
1、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會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的位置姿態參數和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗證的方法對多傳感器數據進行檢核；
3、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點絕對定向，均勻采集檢校場外業檢查點，進行驗證。
具體步驟如下
第一歩在航空遙感集成系統檢校場檢校裝置上裝載集成系統，模擬多種飛行姿態，獲取集成系統檢校數據，包括POS獲取姿態數據、影像數據(或激光LIDAR數據)、GPS數據； 第二步應用野外控制點地理數據，采用單片后方交會發求取影像外方位元素值，作為
真值；
第三步解算Pos姿態到像片外方位元素轉換需要的偏心角和線元素偏移值； 第四步組合導航外方位元素和后方交會外方位元素之差進行測量平差，計算的殘差和中誤差；
第五步用空三方法解算外方位元素；
第六步用直接控制點定向方法解算外方位元素；
第七步通過一至六歩數據確定系統外方位元素改正參數值。本具體實施方式
的坐標系統定義 1.1. POS系統相關坐標系
1. POS系統導航坐標系(g-x y ζ)。也稱當地水平坐標系，即地理坐標系，是右手系。 一般分兩種東北天坐標系(ENU)和北東地坐標系(NED)。一般，我國習慣用東北天坐標系， 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.地心直角坐標系(E-X Y Z)。以參考橢球體的質心為坐標原點，X軸指向赤道與格林尼治
子午線的交點，Z軸指向北扱，Y軸按右手系規則確定，是ー個笛卡爾三維空間直角坐標系。本集成系統中采用GPS中使用的WGS-84世界大地坐標系，是ー種國際上采用的地心坐標系。1.3. IMU本體坐標系(b-x y ζ)。以IMU傳感器的三個視準軸作為坐標軸。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攝影測量坐標系
1.2.1.像空間坐標系S-xyz。該坐標系是ー種過渡坐標系，用來表示像點在像方空間的位置，以投影中心S為原點，攝影機的主光軸為ζ軸，χ, y軸分別與像平面坐標系的X，y 軸平行。1. 2. 2.像空間輔助坐標系S-XYZ。以攝站點S為坐標原點，以鉛垂方向為Z軸，取航線方向為X軸，三軸構成右手系。1.2. 3.地面輔助坐標系m-xyz。以某一地面控制點為原點，坐標軸與像空間輔助坐標系平行。1. 2. 4.地面測量坐標系0-ΧΥΖ。我國習慣采取高斯克魯格投影的平面直角坐標系和高程系，屬于左手系。攝影測量的最后成果習慣上要變換到這個系統中。1.2.5.航攝儀本體坐標系(c-x y ζ)。以投影中心為坐標原點，取航線方向為χ 軸，ζ軸向上，y軸按右手系規則確定。各種坐標系間的關系如圖1所示。 1. 3實現不同坐標系統轉換的旋轉矩陣
1. 3. 1.導航坐標系(g)到IMU本體坐標系(b)的旋轉矩陣《
POS系統獲取的姿態參數航向角(yaw縮寫y，yaW=-heading)，俯仰角(pitch縮寫p)，
5側滾角(roll縮寫r)用于將IMU本體坐標系(b)中的坐標矢量轉換到導航坐標系(g)中。 POS系統輸出的姿態參數組成旋轉矩陣，該矩陣可將POS系統輸出的地理坐標系統轉換為 IMU本體坐標系，如公式(1)所示
權利要求
1.ー種航空遙感集成系統檢校方法，其特征在于在高精度的相機檢校以及組合導航數據解算的基礎上，進行高精度系統航空遙感集成系統檢校，檢校方法如下(1)、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會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的位置姿態參數和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗證的方法對多傳感器數據進行檢核；(3)、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點絕對定向，均勻采集檢校場外業檢查點，進行驗證。
2.根據權利要求1所述的ー種航空遙感集成系統檢校方法，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檢校場檢校裝置上裝載集成系統，模擬多種飛行姿態，獲取集成系統檢校數據，包括POS獲取姿態數據、影像數據、GPS數據；第二步應用野外控制點地理數據，采用單片后方交會法求取影像外方位元素值，作為真值；第三步解算Pos姿態到像片外方位元素轉換需要的偏心角和線元素偏移值；第四步組合導航外方位元素和后方交會外方位元素之差進行測量平差，計算的殘差和中誤差；第五步用空三方法解算外方位元素；第六步用直接控制點定向方法解算外方位元素；第七步通過一至六歩數據確定系統外方位元素改正參數值。
全文摘要
一種航空遙感集成系統檢校方法，它涉及航空遙感集成系統。在高精度的相機檢校以及組合導航數據解算的基礎上，進行高精度系統航空遙感集成系統檢校，檢校方法如下(1)、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素初值、單片后方交會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的位置姿態參數和基于GPS輔助空三的外方位元素交互驗證的方法對多傳感器數據進行檢核；(3)、利用POS記錄姿態信息經轉換得到影像直接地理定位外方位元素、及直接利用控制點絕對定向，均勻采集檢校場外業檢查點，進行驗證。它能實現對航空遙感集成系統的高精度檢測及校準。
文檔編號G01C25/00GK102538820SQ20111041509
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者關艷玲, 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 申請人:中國測繪科學研究院, 北京四維遠見信息技術有限公司