[发明专利]一种基于传递对准的机载光电吊舱设备失准角标定方法

说明书

本发明提供了一种基于传递对准的机载光电吊舱设备失准角标定方法。其方法包括首先在室内标定场完成相机的内、外方位参素标定和相机与高精度惯性导航设备的标定；然后在室外标定场完成吊舱内部惯性导航设备与吊舱外惯性导航设备的标定；最后完成相机与吊舱内部惯性导航设备的标定，完成光电吊舱设备的标定。本发明的有益效果是：本发明所提供的技术方案能简单、快速地为光电系统进行标定，解决了相机需要在稳定控制场内高精度标定和吊舱内部惯性导航设备需要动态获得对准精度的矛盾，且可适用于可见光、红外光、高光谱等多种类型的光电吊舱设备，具有较强的适用性。

技术领域

本发明涉及光机电一体化领域，尤其涉及一种基于传递对准的机载光电吊舱设备失准角标定方法。

背景技术

机载光电吊舱设备综合多种传感器,捕获侦察地面目标,并进行识别和精确定位，随着传感器器件精度的提升,机载光电吊舱设备性能也随之得到了极大提升,不仅更加稳定,图像分辨率更高,体积也更加轻便,从而为机载精确目标定位提供了硬件方面的保障。

在目标定位过程中,由于惯性导航系统坐标系与光电系统光轴所在坐标系之间存在误差,从而导致定位精度不能达到指标要求,只有通过校准才能解决两个坐标系之间的几何关系转换,校准的效果会直接影响到无人机的目标定位精度。因此,光电系统和惯性导航系统的校准是发展无人机目标定位技术需首先解决的问题之一,是实现高精度目标定位的必要前提。

现阶段，我国的固定翼飞机通常采用“靶板机身固定法”(详见《歼击机校靶精度计算和分析》)，其基本原理是：飞机装有固定靶板的机构，标定时靶板架通过固定机构固定在载体上，这种自身校准的方法从原理上说与仪器校准一致，存在需要预先设置固定机构的不足，光电系统需要与载机一起设计，通用性不强。

长春光机所的孙娟娟，提出了在设计光电校准仪时，采用双光路设计，简化了标定过程，光电系统接收到的图像通过与高精度CCD图像传感器获取到的图像做自动化对比，克服了人为观测误差的影响，提高了校准过程的自动化程度，但光电系统再次安装时，仍需要重新标定校准(详见《军用飞机校靶仪光学系统设计》)。美国AAI公司生产的310型“先进校准装置”(ABE)采用陀螺稳定的光电校准，适用于各种固定翼和旋翼费，各国的空军对其需求量十分巨大，减少了装备和维护时间以及总费用，但无公开文献报道其详细的技术细节。

机载光电系统目标定位是指安装在载机上的光电系统,根据自身的测量数值(目标距离、方位/俯仰角度)及惯性系统的航向、姿态角度、地理坐标、海拔高度,计算出机载光电系统观测到的空中或地面点目标在大地坐标系下坐标的过程。由于惯性导航系统坐标系与光电系统光轴所在坐标系之间存在误差,且光电系统内置的MEMS惯性测量单元精度较低，无法通过惯性自寻北的方法获取高精度航向角，从而导致相机/MEMSIMU光电组件标定精度不能满足目标定位指标要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于传递对准的机载光电吊舱设备失准角标定方法，主要包括以下步骤：

S101：根据标定光电吊舱的室内标校场测量设备，采集室内标校场测量数据；所述室内标校场测量数据包括相机采集的影像数据和吊舱外惯性导航设备的导航数据；所述室内标校场测量设备包括光电吊舱、吊舱外惯性导航设备和多轴转台，光电吊舱安装于多轴转台上，高精度惯性导航设备与光电吊舱刚性固连；所述光电吊舱包括相机和吊舱内惯性导航设备；机载光电系统安装在所述光电吊舱上；所述吊舱外惯性导航设备的精度高于所述吊舱内惯性导航设备的精度；

S102：根据多轴转台的坐标，利用步骤S101中相机采集的影像数据，对相机的内方位参数进行标定，获得相机的内方位参数和相机的外方位参数；

S103：根据相机的内、外方位参数和步骤S101中采集的吊舱外惯性导航设备的导航数据，对吊舱外惯性导航设备与相机进行标定，获得相机相对于吊舱外惯性导航设备的第一姿态偏差数据；