基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法技术

本发明专利技术属于光电侦察监视系统技术领域，具体涉及一种基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法。该方法首先在地面先对光电吊舱进行跑车试验；然后再在平行光管前完成光电吊舱光轴与平行光管自准直工作；最后对所同步记录的惯性测量单元数据和差分卫星导航数据进行组合导航后处理，计算出导航单元在光电吊舱光轴与平行光管自准直时刻的航向、姿态信息，计算出视轴校准参数，并补偿完成光电吊舱视轴校准。本方法从原理上区别于飞行检校场的方法和基于像底点的机载POS视准轴误差检校方法，且对试验场地和试验条件要求较低，工作流程简单、易于实现、节约时间、节约成本、可提高光电吊舱视准轴误差校正精度。光电吊舱视准轴误差校正精度。光电吊舱视准轴误差校正精度。

【技术实现步骤摘要】
基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法


[0001]本专利技术属于光电侦察监视系统
，具体涉及一种基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法，尤其涉及一种在地面完成的高精度光电吊舱视准轴误差校正方法。

技术介绍

[0002]目前，机载光电吊舱大都配置有惯性/卫星组合导航单元(以下简称导航单元)，用于实现对目标的地理定位及跟踪，为了减小光电吊舱的重量及尺寸，导航单元一般与光学传感器一起固联在光具座上，但因为机械加工精度有限及安装工艺等原因，造成惯导轴与光电轴存在不平行度(视准轴误差)，这种误差直接影响光电系统对目标的地理定位、跟踪精度，需要进行校准。传统的视准轴误差校准方法主要有两种，一是：光电吊舱在在组装前，在导航单元基准面和光具座合适的位置上事前各粘贴平面反射镜或六面体反射镜，且导航单元基体轴、光学传感器光轴与所对应粘贴的反射镜之间的轴向关系事前需要通过高精度陀螺经纬仪，平行光管等仪器进行校准，最后再对安装完成的光电吊舱通过陀螺经纬仪参考所粘贴的反射镜进行综合误差校准。这种方法过程复杂，且需要进行多次坐标系转换，有时还因为结构遮挡原因，很难操作；二是：在地面建立专门较大的校验场，设置专门的靶标，通过空中挂飞试验进行校准，如德国IGI公司对AERO control；加拿大Applanix公司的POS AV系统的视轴校验方法。国内付建红，赵双明文章：基于像底点的机载POS视准轴误差检校[J].测绘学报2011，40(5)，610
‑
615；李学有，倪忠礼文章：IMU/DGPS辅助航空摄影测量中检校场布设方案研究[J].测绘工程2005，14(4)，14
‑
18等都是基于该方法研究，该方法要求条件太高，操作复杂，成本高，不适宜大范围推广。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本专利技术要解决的技术问题是：针对现有对光电吊舱视准轴误差校正方法存在的问题，根据光电吊舱的特点，结合惯性/卫星组合导航后处理技术，如何提供一种在地面上操作简便，方便实用且高精度的视准轴误差校正方法。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法，所述光电吊舱视准轴误差校正方法基于光电吊舱视准轴误差校正系统来实施，所述光电吊舱视准轴误差校正系统包括：
[0007]1)在室外开阔的地面建立的一个具有北向基准功能的平行光管；
[0008]2)一套差分卫星导航系统，其包括一个地面差分站及电台，一个移动差分卫星导航模块及电台；
[0009]3)一套惯性测量单元，其设置具备与移动差分卫星导航模块输出数据同步的数据输出功能；
[0010]所述移动差分卫星导航模块与惯性测量单元构成导航单元；
[0011]4)一个移动测试平台；
[0012]5)惯性/卫星组合导航后处理工具；
[0013]6)光电吊舱系统设计有光轴自准直功能；
[0014]7)数据记录系统；
[0015]基于上述光电吊舱视准轴误差校正系统，所述光电吊舱视准轴误差校正方法包括如下步骤：
[0016]步骤S1：将光电吊舱安装在移动测试平台上，手动调节安装工装高度，使得光电吊舱位于所述具有北向基准功能的平行光管前，方便地完成光轴自准直功能；
[0017]步骤S2：连接移动差分卫星导航模块和数据记录系统；
[0018]步骤S3：在开阔的场地上，保持移动测试平台静止不动并给惯性测量单元和差分卫星导航系统同时上电，在移动测试平台静止状态下同步记录卫星导航数据和惯性测量单元数据一定时间；
[0019]步骤S4：移动测试平台启动并以一定速度连续跑动若干分钟以上，跑动中间包括加减速动作和转弯动作，同步记录卫星导航数据和惯性测量单元数据；
[0020]步骤S5：以和步骤S4同样的跑动方式将光电吊舱移动到平行光管前并停车；
[0021]步骤S6：启动光电吊舱光轴自准直功能，快速完成光轴与平行光管的自准直；
[0022]步骤S7：利用惯性/卫星组合导航后处理工具对记录的卫星导航数据和惯性测量单元数据进行处理，解算出导航单元在光轴与平行光管准直时刻的姿态、航向数据；
[0023]步骤S8：对自准直时刻的导航单元的姿态、航向数据作相应的坐标轴转换，即得到视准轴误差校正参数；
[0024]步骤S9：将该视准轴误差校正参数存入光电吊舱系统，用于光电吊舱系统对目标地理定位、跟踪计算时的修正补偿中，可极大提高光电系统对目标的地理定位、跟踪精度。
[0025]其中，所述误差校正方法的试验工作原理如下：
[0026]地理坐标系选东北天直角坐标系，即X轴指东，Y轴指北，Z轴指天，载体坐标系即为光学传感器和IMU固联的光具座坐标系，定义符合右手定则，y轴沿光学传感器镜头法线指向外，x轴指向右，z轴沿x
‑
y平面指向上；
[0027]其中，航向角范围为0～360
°
，正北为0
°
，顺时针旋转增大，俯仰角范围为
‑
90
°
～90
°
，抬头为正，横滚角范围为
‑
180
°
～180
°
右倾为正；
[0028]其中，载体坐标系xyz可以由地理坐标系XYZ经过若干次转动得到；
[0029]记光电吊舱光轴自准直时刻导航单元的航向角α、俯仰角θ、横滚角γ；
[0030]则导航单元坐标系b系到地理坐标系g系的转换矩阵为：
[0031]当平行光管镜头法线与地理水平面平行，且方向指向正南时，则地理坐标系g系到光学传感器坐标系p系的转换矩阵为：
[0032][0033]则导航单元坐标系b系向光学传感器坐标系p系转换的变换矩阵为：
[0034][0035][0036]以上3x3矩阵即为光电吊舱视轴校准矩阵。
[0037]其中，采用所述误差校正方法，可以直接得到高精度的光电吊舱视轴校准参数；在实际系统工作中，因为惯性测量单元和光学传感器都固联在光具座上，则实时工作时，根据导航单元实时姿态航向信息，即可得到光电吊舱视准轴在地理坐标系下的姿态转换矩阵，即
[0038]其中，所述误差校正方法实施过程中，从步骤S3开始到步骤S6结束，全程不间断地同步记录卫星导航数据和惯性测量单元数据。
[0039]其中，所述数据记录系统为具备数据记录功能的计算机。
[0040]其中，所述一定时间为8分钟以上。
[0041]其中，所述一定速度为每小时20公里左右的速度。
[0042]其中，所述若干分钟以上为10分钟以上。
[0043]其中，所述移动测试平台包括：一台普通的三轮或四轮电瓶车，一个可手动升降的光电吊舱安装工装。
[0044]其中，所述移动测试平台还包括：一组直流24V移动供电系统。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法，其特征在于，所述光电吊舱视准轴误差校正方法基于光电吊舱视准轴误差校正系统来实施，所述光电吊舱视准轴误差校正系统包括：1)在室外开阔的地面建立的一个具有北向基准功能的平行光管；2)一套差分卫星导航系统，其包括一个地面差分站及电台，一个移动差分卫星导航模块及电台；3)一套惯性测量单元，其设置具备与移动差分卫星导航模块输出数据同步的数据输出功能；所述移动差分卫星导航模块与惯性测量单元构成导航单元；4)一个移动测试平台；5)惯性/卫星组合导航后处理工具；6)光电吊舱系统设计有光轴自准直功能；7)数据记录系统；基于上述光电吊舱视准轴误差校正系统，所述光电吊舱视准轴误差校正方法包括如下步骤：步骤S1：将光电吊舱安装在移动测试平台上，手动调节安装工装高度，使得光电吊舱位于所述具有北向基准功能的平行光管前，方便地完成光轴自准直功能；步骤S2：连接移动差分卫星导航模块和数据记录系统；步骤S3：在开阔的场地上，保持移动测试平台静止不动并给惯性测量单元和差分卫星导航系统同时上电，在移动测试平台静止状态下同步记录卫星导航数据和惯性测量单元数据一定时间；步骤S4：移动测试平台启动并以一定速度连续跑动若干分钟以上，跑动中间包括加减速动作和转弯动作，同步记录卫星导航数据和惯性测量单元数据；步骤S5：以和步骤S4同样的跑动方式将光电吊舱移动到平行光管前并停车；步骤S6：启动光电吊舱光轴自准直功能，快速完成光轴与平行光管的自准直；步骤S7：利用惯性/卫星组合导航后处理工具对记录的卫星导航数据和惯性测量单元数据进行处理，解算出导航单元在光轴与平行光管准直时刻的姿态、航向数据；步骤S8：对自准直时刻的导航单元的姿态、航向数据作相应的坐标轴转换，即得到视准轴误差校正参数；步骤S9：将该视准轴误差校正参数存入光电吊舱系统，用于光电吊舱系统对目标地理定位、跟踪计算时的修正补偿中，可极大提高光电系统对目标的地理定位、跟踪精度。2.如权利要求1所述的基于组合导航后处理的光电吊舱视准轴误差校正方法，其特征在于，所述误差校正方法的试验工作原理如下：地理坐标系选东北天直角坐标系，即X轴指东，Y轴指北，Z轴指天，载体坐标系即为光学传感器和IMU固联的光具座坐标系，定义符合右手定则，y轴沿光学传感器镜头法线指向外，x轴指向右，z轴沿x
‑
y平面指向上；其中，航向角范围为0～360
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马忠孝，柯诗剑，刘吉龙，陈颖，巩全成，王惠林，蒋潇村，黄皓，尹剑，
申请(专利权)人：西安应用光学研究所，
类型：发明
国别省市：