航空多光谱相机三坐标无源定位技术

航空相机是民用测绘、军事侦察的有效手段，可对任务区域进行大范围地图制备和侦察情报生成，既可单独形成系统，又可作为天基成像的有效补充。在拍摄图像的同时获取图像，同时叠加上地理、水文、气象信息，并且准确捕获目标的形态、位置变化信息，才能形成有效情报，完成侦察或测绘任务。

图1 航空相机测绘作业

某航空多光谱相机由基座、扫描稳定平台、相机本体和POS组成。在无测距信息状态下，采用被动无源定位方法实现图像的三坐标定位，原理为载体、目标在地面投影以及地心的三角形几何约束关系。

图2 无源定位原理

关键技术

将闭环误差控制引入Kalman滤波器，将滤波估计出位置、速度误差，通过控制器实时反馈到输入端，抑制姿态角的误差振荡幅值，可有效提高系统姿态误差模型的准确度。

根据测角误差呈现周期性特点，利用谐波分析法对测角误差进行分析，辨识一次谐波与二次谐波系数，利用分段线性化方法或谐波补偿方法对测角误差进行补偿，提高测角精度。补偿完成后反复通过环境试验验证测角指标稳定性、分阶段定期复测来验证测角指标的长期稳定性。

图3 载体位姿测量

图4  测角误差辨识补偿

（3）扫描型相机多维外方位元素标定

（4）异构多源传感时钟同步

图5  外方位元素标定

图6  时钟同步

    进一步引入内方位元素标定，可提高定位与图像拼接精度；利用高精度DEM，可减小地形起伏的影响；引入自动化标定，可大幅提高设备出厂标定与定期维护标定效率。随着研究成果的工程化应用，将推动我国航空对地观测技术的发展。