[发明专利]一种POS方位精度和姿态精度的地面测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用精密转台精确测量位置姿态测量系统(Position and Orientation System，POS)的方位精度和姿态精度的地面测试方法。

背景技术

航空遥感系统是以飞机为载体，利用航空遥感载荷获取地球表面及表层的大范围、高精度、多层次空间信息的战略高技术，对国家经济建设和国家安全具有重大作用，是当今世界高速发展和激烈竞争的技术领域。

航空遥感系统进行高分辨率成像时要求载荷在空间做匀速直线、姿态平稳的理想运动，但飞机受到阵风、湍流等外部扰动的影响，使得载荷必然偏离理想运动轨迹，导致成像分辨率严重降质。因此，为实现航空遥感系统的高精度成像，必须精确测量出载荷相位中心的位置、速度和姿态等运动参数，并在成像过程中进行补偿。

位置姿态系统(Position and Orientation System，POS)是一种精确测量航空遥感载荷相位中心位置、速度和姿态的精密仪器，它由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、全球卫星定位系统、POS计算机(PCS)和后处理软件等组成，已成为制约我国高分辨遥感系统技术发展的技术瓶颈。

POS的精度包含位置精度、速度精度、方位精度和水平姿态精度，对于位置精度和速度精度的测试相对简单，可用厘米级载波相位差分GNSS系统作为测试基准，计算POS的位置精度和速度精度。但是，由于在航空遥感飞机飞行过程中无法获取载荷准确的方位角和水平姿态角，POS的方位精度和姿态精度测试成为了POS测试中的一个难题。

目前，测试POS方位精度和姿态精度的方法是通过航空遥感成像与地面控制点结合的方法。航空摄影测量飞机的典型作业航迹为：飞机进入第1条航摄带，直线飞行时间t1并连续成像，然后做正向旋转180°转弯进入第2条航摄带，再直线飞行时间t2，然后做逆向旋转180°转弯进入第3条航摄带，重复以上步骤直至完成整个航摄区域的作业。利用各个航摄带成的遥感图像和地面控制点，计算出遥感载荷相位中心的方位角和水平姿态角，并将之作为基准测试POS的方位精度和姿态精度。这种测试方法必须和遥感载荷联合进行飞行试验才能测试出POS的方位精度和姿态精度，试验复杂、成本高、周期长，而且此测试方法的置信度受遥感载荷精度的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种POS方位精度和姿态精度的地面测试方法，该方法减小了POS精度测试的成本和实验复杂度，测试过程简单且精度高，后处理过程计算量小且能精确给出POS的方位精度和姿态精度。

本发明的技术解决方案为：一种POS方位精度和姿态精度的地面测试方法，将POS中的IMU安装在三轴精密转台上，在三轴精密转台调平并指北的情况下，通过转台实现六次IMU的方位轴180°旋转和横滚轴0°→±20°→0°旋转，模拟航空摄影测量时飞机的典型航迹，再以转台提供的高精度姿态信息为基准计算POS系统的方位角和水平姿态角的RMS误差及STD误差。

具体步骤如下：

(1)将POS中IMU安装在转台基准面上，使IMU的两个水平轴与转台的两个水平轴平行，调整转台使横滚框和俯仰框水平并使方位框指北；

(2)启动POS，预热1800秒后开始持续记录IMU原始数据和GNSS数据，其中IMU原始数据包括角增量、比力和时间，GNSS数据包括位置、速度、姿态和时间；；

(3)静态测试300～900秒，作为第1个测试位置；

(4)转台方位框作180°顺时针旋转，同时转台横滚框作0°～-20°～0°旋转，即转台横滚框从0°旋转到-20°，再从-20°旋转到0°；

(5)转台稳定5～30s并记录稳定时间，然后静态300～900秒作为第2个测试位置；

(6)转台方位框作180°逆时针旋转，同时转台横滚框作0°～20°～0°旋转，即转台横滚框从0°旋转到20°，再从20°旋转到0°；

(7)转台稳定5～30s并记录稳定时间，然后静态测试300～900秒作为第3个测试位置；

(8)重复第(4)步至第(7)步操作两次，完成第4～7位置测试；

(9)下载测试数据，结束测试；

(10)利用POS后处理软件计算出整个测试过程中POS的方位角和水平姿态角，扣除第1～2位置、步骤(4)和(6)中的转动过程及步骤(5)和(7)中转台稳定过程的数据，仅保留第3～7测试位置的方位角和水平姿态角信息；