利用像底点检校IMU视准轴误差的方法及应用研究

惯性测量装置（IMU）可以直接测定传感器的姿态信息，将其与差分GPS技术集成即为定位定向系统，可用于直接测定航摄像片的外方位元素，在航空遥感中得到了广泛应用。然而由于安装的原因，IMU直接提供的姿态与所需要的传感器的姿态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。因此在使用IMU提供的姿态数据前需要采取一定的检校方法予以误差补偿。目前的做法是利用布设在地面的检校场进行。本课题基于灭点理论，提出一种利用像底点检校IMU视准轴误差的新方法，主要研究影像上像底点与IMU视准轴误差之间严格的数学关系，推导求解视准轴误差的误差方程式，并利用试验数据验证方法的正确性和可行性。在实际应用中，像底点可以利用地面大量铅垂线在影像上的投影交会确定，所以该方法无需布设特定的检校场和地面控制点，有望实现遥感影像的快速无地面控制精确定位，为基础地理信息的快速获取、更新和各种应急测绘提供保障。

本项目基于灭点理论，提出一种利用像底点检校IMU视准轴误差的新方法。主要研究了在航空影像上，像底点与IMU视准轴误差之间严格的几何关系，从数学上推导求解视准轴误差的数学模型，并用实际数据进行验证。在三年的研究周期内，项目按计划稳步进行。2012年1月-2012年6月主要是项目的准备工作和制定技术方案、实施方案；2012年8月-2013年3月，建立了像底点与IMU视准轴误差之间的数学模型，并研究了数学模型中参数的求解方法，对平差模型的精度、可靠性做了分析，利用生成的模拟数据研究了数学模型的正确性，完善了参数的求解方法。2013年4月-2013年12月，在原有铅垂线提取算法的基础上，研究了算法的运算速度，分析了交会像底点坐标的铅垂线的最佳选择，根据影像分辨率，在不同像底点交会误差的情况下，分析IMU视准轴误差的求解精度。2014年1月-2014年6月，利用实际数据对本项目所提出的方法进行验证，在利用检校结果对IMU视准轴误差改正后，分析了直接对地目标定位的精度。试验表明，本项目所提方法可以很好的改正IMU视准轴误差，明显提高对地目标的定位精度。在研究过程中，共发表论文5篇，申请发明专利2项，结合本项目的研究，共培养博士3名，硕士生6名，在读博士2名，达到了预期研究目标。