[发明专利]一种机载IMU视准轴误差检校方法

说明书

技术领域

本发明属于航空遥感几何定位技术领域，涉及一种机载IMU视准轴误差的检校方法。

背景技术

在航空摄影测量中，像片外方位元素的求解是关键问题之一，传统方法是先将测区中的所有影像经连接点构成区域网，然后通过空中三角测量方法，依靠大量地面控制点进行整体求解。近几年，集差分GPS和惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)于一体的机载POS系统可以以较高频率获取飞行平台的位置和姿态信息，经数据后处理可转换为像片的外方位元素。该技术已经在航空遥感中得到了广泛应用，当利用POS数据辅助进行光束法区域网平差时，可减少野外像控点的联测工作。在实际工作中，要求POS系统中的惯性测量装置（IMU，Inertial Measurement Unite）必须与航摄仪固连在一起，如图1所示。假如IMU的本体坐标轴系原点标记为o_b，三个坐标轴标记为x_b、y_b、z_b；航摄仪的本体坐标轴系原点标记为o_c，三个坐标轴标记为x_c、y_c、z_c。由于安装工艺的原因，IMU的坐标轴系与航摄仪的坐标轴系并不能够保持严格平行，两个坐标轴系之间存在一个小角度的偏差，通常称之为视准轴误差或偏心角。为了将IMU测定的姿态角转换为像片的外方位角元素，需将IMU本体坐标系进行三次旋转。假设旋转顺序为先绕x_b轴旋转e_x，然后绕旋转后的y_b轴旋转e_y，最后绕两次旋转后的z_b轴旋转e_z，将三次旋转过程分别投影到平面上如图2所示：                                                、为IMU本体坐标系第一次旋转e_x以后x，z方向的坐标轴；、为IMU本体坐标系第二次旋转e_y以后 x，y方向的坐标轴。如果航空摄影时像片的实际外方位角元素为，其构成的旋转矩阵为；而由IMU直接测定的像片外方位角元素为，其构成的旋转矩阵为。顾及到视准轴误差所构成的旋转矩阵R(e_x，e_y，e_z)，三者之间的相互关系可表示为：

                   （1）

式中，可以由IMU直接获取的外方位角元素形成；包含了所要求解的IMU视准轴误差，其计算公式为：

  （2）

其中， e_x，e_y，e_z为视准轴误差。

由于视准轴误差的存在，导致 IMU测定的像片外方位角元素不能直接用于对地目标定位，必须采取合适的检校方法予以误差补偿。通常的做法是采用飞行检校场的方法来进行。对飞行检校场区域的影像要保证航向和旁向有一定重叠度，并在检校场的周边布设一定数量的地面控制点。然而，对于非区域性，实时性和应急测绘要求来说，该方法并不适用。因此，寻求一种无地面控制的IMU视准轴误差检校方法有一定的实际应用价值。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种利用城市密集人工建筑物上存在的大量水平线和铅垂线信息，实现带机载IMU设备的航空遥感高精度几何定位的方法。