[发明专利]一种提高机载平台定姿精度的在线快速方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感及对地观测领域，主要为一种提高机载平台定姿精度的在 线快速方法。

背景技术

机载遥感以其作业灵活、成本低、操作方便、作业效率高、成图周期短等 优点，广泛应用于地形测绘、海洋测深、大气环境监测、生态系统测量、军事 国防等领域。

随着全球定位系统(Global Position System，GPS)、惯性导航系统 (Inertial Navigation System，INS)等的发展，机载遥感系统的定位精度和 成像精度得到一定的提高。尤其是差分GPS技术的应用，使GPS的定位精度由 米级(m)提高到厘米级(cm)。但由于姿态角测量误差对机载遥感的成像精度 影响很大，高精度遥感及对地观测对INS的定姿精度要求很高。而具有足够高 精度的INS价格非常昂贵，需要较长的初始化和校准时间，这不仅增加了系统 的成本，还降低了系统的运行效率。再者，INS利用安装在载体上的惯性测量装 置(加速度计和陀螺仪)敏感载体的运动，通过积分输出载体的姿态数据，该 姿态数据存在误差随时间迅速累积的问题。

姿态角的测量误差是造成像质退化的一个重要原因，选用高精度的INS设 备又将使系统成本大大增加，因此，在不增加系统成本的前提下提高机载平台 的定姿精度具有重要的现实意义。“一种激光雷达平台上高精度定位、定姿的装 置和方法”在中国专利200710064115.7中公开，该方法采用对获得的多幅航空 数码影像进行相对定向计算，获得激光雷达平台在工作航线上的低频高精度姿 态参数值，用该低频高精度姿态参数值对INS获得的高频低精度参数进行修正 处理，获得平台的高精度姿态参数信息。但该方法对地面激光脚点三维坐标进 行高精度修正的区域范围受航拍周期的限制，其专利中说明航拍周期为4s左右， 即以4s的频率修正定姿误差，适用于机载平台姿态角变化较缓慢的情况。随着 轻小型飞机在航空遥感中的推广应用，上述应用情况发生较大变化。一方面， 由于飞机尺寸及重量的减小，导致机载平台的姿态变化更加频繁，需要航摄图 像的航拍周期尽量小。另一方面，轻小型飞机载重量的限制也限制了存储设备 的质量及存储能力，这就使得航摄图像的航拍周期不能太小。在数据后处理的 情况下，过小的航拍周期会导致数据量迅速增加，不仅极大地提高对存储设备 的存储容量的需求，而且增大了数据处理的难度，也不利于机载遥感图像的及 时获取。

因此，在选用低成本、低精度INS设备的条件下，研究在线快速地提高机 载平台定姿精度的方法是非常必要的。本发明公开一种提高机载平台定姿精度 的在线快速方法，根据图像匹配算法求相邻两幅航摄图像的相对运动，基于机 载平台姿态角变化与航摄图像相对运动之间的映射关系，求得不同时刻机载平 台的姿态角变化量，在线修正低精度INS姿态数据，从而在线提高机载平台的 定姿精度。该方法在机载平台上的中央处理单元中实现即获得一种提高机载平 台定姿精度的在线快速方法。该方法能以大于20Hz的较高频率在线修正姿态角 的测量误差，适用于航空遥感应用中机载平台姿态频繁变化的情况。本发明在 遥感及对地观测领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明是在只需选用低成本、低精度INS设备的条件下，通过相邻两幅航 摄图像的相对运动求解相应平台姿态角的变化量，在线修正低精度INS定姿数 据，从而在线提高机载平台的定姿精度。该方法在机载平台上的中央处理单元 中实现即获得一种提高机载平台定姿精度的在线快速方法。