惯性测量单元基准面与载体平台的标定方法研究

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1、第２４卷第３期测绘工程Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．３２０１５年３月ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇＭａｒ．，２０１５惯性测量单元基准面与载体平台的标定方法研究江来伟，崔希民，袁德宝，王孟，郑琼（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京１０００８３）摘要：针对惯性测量单元（ＩＭＵ）基准面与载体平台之间的标定，在通过基准面法向量建立惯性测量单元基准面坐标系与载体平台坐标系的基础上，研究并分别比较利用单台全站仪角度交会及摄影测量技术的标定方法，以实现ＩＭＵ与载体平台之间快速、方便以及高精度的标定。通过标定实验

2、及误差分析表明，摄影测量标定精度高，时间短，稳定性好，更适合应用于ＩＭＵ和载体平台安装后的标定工作。关键词：高精度标定；ＩＭＵ基准面；载体平台；定向解算；平差；角度交会；摄影测量中图分类号：Ｕ６６６．１文献标志码：Ａ文章编号：１００６－７９４９（２０１５）０３－００１６－０５ＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔｄａｔｕｍａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｐｌａｔｆｏｒｍＪＩＡＮＧＬａｉ－ｗｅｉ，ＣＵＩＸｉ－ｍｉｎ，ＹＵＡＮＤｅ－ｂａｏ，ＷＡＮＧＭｅｎｇ，ＺＨＥＮＧＱｉｏ（Ｓｃｈｏ

3、ｏｌｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＳｕｒｖｅｙｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｏｒｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ（ＩＭＵ）ｄａｔｕｍａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｐｌａｔｆｏｒｍ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅＩＭＵｄａｔｕｍ，ａｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍａｎｄａｃａｒｒｉｅｒｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｅｓｔａｂｌ

4、ｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｎｏｒｍａｌｖｅｃｔｏｒｏｆｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｌａｎｅ．Ｔｈｅｕｓｅｏｆａｓｉｎｇｌｅｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎａｎｇｌｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅａｆａｓｔ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＩＭＵａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｅｒｒｏ

5、ｒａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｔｈｅｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｍｏｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｂｅｔｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｍｏｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｗｏｒｋｂｅｔｗｅｅｎＩＭＵａｎｄｃａｒｒｉｅｒｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ＩＭＵｄａｔｕｍ；ｃａｒｒｉｅｒｐｌａｔｆｏｒｍ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ；ａｎｇｌｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ；ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒ

6、ｙ惯性测量单元（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ，测量数据的统一，需要对ＩＭＵ与载体平台之间的ＩＭＵ）是提供载体运动时姿态和位置信息的测量传关系进行标定。目前标定工作主要从两方面进行：感器，通常应用于航空遥感、地面激光扫描、载体组一是标定方法，如条件标定法、工具标定法、控制场合导航等领域，其包含三轴陀螺仪和三轴加速度［４］［２］法等；二是数据处理，如滤波技术、智能优化算计。在捷联惯性导航系统中，ＩＭＵ通常与ＧＰＳ组法［５］、四元数法［６］等。但存在标定过程复杂，数据处合安装于载体之上，测量载体运动时的角速率／角理困难，通

7、用性差、效率低等问题，难以在实际工作速度和加速度，并通过数学积分运算来实时输出载中得到应用。在深入研究ＩＭＵ和载体平台的基础［１－２］体运动过程中的姿态、速度、位置等状态信息。上，研究并比较了基于全站仪和摄影测量两种测量由于载体外形以及安装精度等原因，ＩＭＵ安装后，手段的标定方法，在通过基准面建立坐标系的基础ＩＭＵ测量坐标系与载体平台坐标系通常不重合，为上，实现ＩＭＵ基准面与载体平台关系的标定。［３］了完成ＩＭＵ测量值到平台坐标系的转换，实现１坐标系统的定义与建立收稿日期：２０１４－０９－０９；修回日期：２０１４－１１－１０基金项目：

8、国家自然科学基金资助项目（５１４７４２１７）１．１坐标系统定义作者简介：江来伟（１９８９－），男，硕士研究生．由于传感器的测量坐标系一般为虚拟坐标系，第３期江来伟，等：惯性测量单元基准面与载体平台的标定方法研究·１７·没