基于光束法平差的POS系統(tǒng)視準軸偏差檢校

趙海濤，張 兵，左正立，陳正超

(1.中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心，北京 100094;2.中國科學院研究生院，北京 100049)

基于光束法平差的POS系統(tǒng)視準軸偏差檢校

趙海濤1，2，張 兵1，左正立1，陳正超1

(1.中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心，北京 100094;2.中國科學院研究生院，北京 100049)

航空攝影測量的直接地理定位(direct georeferencing，DG)必須首先進行慣性測量單元(inertial measurement unit，IMU)和傳感器間的視準軸偏差(boresight misalignment)檢校。提出了一種簡便的定位定向系統(tǒng)(position and orientation system，POS)輔助光束法平差檢校模型，推導了其基礎誤差方程，并通過2個試驗區(qū)驗證該方法檢校結(jié)果與商用軟件CALQC的檢校結(jié)果基本一致。通過直接地理定位互差和上下視差比較，證明用本文方法進行的視準軸偏差檢校是正確有效的，檢校后的外方位元素可直接用于1∶10000比例尺的高山地區(qū)地形圖測圖。

定位定向系統(tǒng)(POS);視準軸偏差;光束法平差;檢校;直接地理定位

0 引言

定位定向系統(tǒng)(position and orientation system，POS)用于航空遙感，可獲取傳感器的空間位置和姿態(tài)信息，以實現(xiàn)直接地理定位(direct georeferencing，DG)，現(xiàn)已廣泛應用于各類航空遙感器(如航空相機、機載三維激光雷達、合成孔徑雷達和成像光譜儀等)。然而，要利用POS系統(tǒng)獲取的位置和姿態(tài)信息，實現(xiàn)高精度的DG，需要首先解決2個主要問題:①POS系統(tǒng)導航坐標系下的位置和姿態(tài)信息變換到制圖坐標系下［1－4］; ②慣性測量單元(inertial measurement unit，IMU)和傳感器間的視準軸偏差(boresight misalignment)檢校及偏心分量改正［5－8］。

由組合導航原理可知，組合導航解算的位置和姿態(tài)是基于當?shù)貙Ш阶鴺讼档模M行遙感應用時需將其換算到制圖坐標系下:對于位置，可采用坐標投影變換的方法;對于姿態(tài)，一般采用補償矩陣補償?shù)厍蚯屎妥游缇€收斂角影響后求解制圖坐標下姿態(tài)［2，4］;對于偏心分量改正，可以通過平板玻璃法或者經(jīng)緯儀方法測定［9］，并在GPS和IMU數(shù)據(jù)聯(lián)合卡爾曼濾波處理時補償消除。

對于視準軸偏差的檢校，可以采用地面檢校方法［2，5，7］和飛行檢校方法［5，7，10］。地面檢校方法在室內(nèi)或者野外布設檢校場進行檢校，方法簡單方便、成本低，但檢校精度受到POS系統(tǒng)地面測角精度較低的限制［5］。飛行檢校方法則在測區(qū)中選定一塊區(qū)域或單獨布設一塊區(qū)域作為檢校場，檢校精度可以達到甚至優(yōu)于 POS系統(tǒng)測角精度水平［6，10］。在飛行檢校方法中，視準軸偏差可以通過2種方式確定:①采用傳統(tǒng)的光束法平差方式求解出每張航片的外方位元素，通過與POS獲取的外方位元素直接比較，求出視準軸偏差［2，8，11］; ②采用 POS 輔助光束法平差的方式將POS系統(tǒng)提供的外方位元素作為具有隨機和系統(tǒng)誤差的觀測值，將視準軸偏差作為未知數(shù)引入到誤差方程中，通過光束法平差方式解求視準軸偏差［7，12］。第一種方式在理論上不夠嚴密，且傳統(tǒng)空中三角測量耗時耗力，沒能利用POS系統(tǒng)提供的位置和姿態(tài)觀測值;第二種方式在理論上比較嚴密，不需要或只需要少量地面控制點即可進行檢校。但第二種方法比較復雜，需要較多的觀測條件和較好的連接點分布狀態(tài);且當其用于單線陣推掃式傳感器視準軸偏差檢校時，由于條帶間連接點構網(wǎng)強度弱，觀測條件較少而待求未知數(shù)多，誤差方程無法求解。為簡化和解決此問題，本文在此基礎上推導了一種簡單的檢校方法:將POS系統(tǒng)高精度的位置和姿態(tài)信息作為只含有系統(tǒng)誤差的觀測值，采用光束法平差，利用較少量的觀測條件，即可獲得較佳的視準軸偏差檢校結(jié)果。本文基于面陣相機進行了視準軸偏差檢校，驗證了上述方法的有效性，為進一步研究如何將該方法用于單線陣推掃式傳感器的視準軸偏差檢校打下基礎。

1 檢校原理

1.1 常用坐標系

常用的坐標系主要有6種:①像空間坐標系(i)。該坐標系是一種過渡坐標系，用來表示像點在像方空間的位置。該坐標系以投影中心為原點，X軸指向飛機飛行方向，平行于像平面坐標系的x軸;Y軸指向飛機左側(cè)，平行于像平面坐標系的y軸;Z軸向上;是一個右手空間直角坐標系。②IMU載體坐標系(b)。該坐標系的原點位于IMU中心，軸向平行于IMU的3個陀螺軸，POS系統(tǒng)所提供的側(cè)滾角(roll)、俯仰角(pitch)和航向角(heading)即是其3軸相對于導航坐標系的3個歐勒角。③航攝儀載體坐標系(c)。該坐標系的原點位于航攝儀投影中心，X軸指向飛機飛行方向，Y軸指向飛機右側(cè)，Z軸方向向下;各軸與像空間坐標系平行，但與像空間坐標系的x軸、z軸的指向相反。④導航坐標系(g)。該坐標系是與參考橢球相切的局部水平坐標系，其X軸與過投影中心的子午線相切，指向北方;Y軸垂直于該子午面，指向東方;Z軸指向下方。⑤制圖坐標系(m)。該坐標系為地圖投影坐標系(如高斯投影坐標系、通用橫軸莫卡托投影坐標系(UTM)等)，在小區(qū)域研究時可以認為其為直角坐標系。⑥像空間輔助坐標系()。該坐標系是一種過渡坐標系，它以投影中心為坐標原點，3軸平行于制圖坐標系。

1.2 POS系統(tǒng)視準軸偏差

IMU與傳感器固聯(lián)安裝時，在理論上應保證IMU載體坐標系坐標軸和航攝儀載體坐標系各坐標軸精確平行;但由于安裝工藝的限制，總存在著IMU與航攝儀各坐標軸指向間有一個微小的角度差。為此，需經(jīng)3個微小的旋轉(zhuǎn)角(Θx，Θy，Θz)即視準軸偏差旋角(boresight misalignment angles)變換，將IMU姿態(tài)歸算到航攝儀姿態(tài)。圖1為視準軸偏差旋角示意圖。

圖1 視準軸偏差旋角示意圖［5］Fig.1 Sketch map of the boresight misalignment angles between IMU and camera frame［5］

1.3 POS輔助的光束法平差模型

POS系統(tǒng)根據(jù)IMU測出的角速度和加速度向量，與GPS數(shù)據(jù)經(jīng)松耦合或緊耦合卡爾曼濾波(the Kalman filtering)計算，可解算出基于導航坐標系下的位置和姿態(tài)信息;經(jīng)投影變換和姿態(tài)角換算后，可以提供制圖坐標系下的傳感器獲取圖像瞬間的位置和姿態(tài)元素(即攝影測量所稱的6個“外方位元素”)。根據(jù)攝影測量共線方程原理，可得

式中:x，y為像點坐標觀測值;x0，y0為像主點坐標;tx，ty，tz，Xshift，Yshift，Zshift為未知數(shù)。式(4) 是一非線性關系式，按泰勒級數(shù)將其展開至一次項，并顧及地面控制點誤差方程式，得到矩陣形式的基礎誤差方程，即

式中:VX，VC分別為像點坐標、地面控制點坐標觀測值改正數(shù)向量;A，B為相應未知數(shù)的系數(shù)矩陣(即各觀測方程對未知數(shù)的一階偏導數(shù));x=［ΔX ΔY ΔZ］T為物方點坐標未知數(shù)增量向量;t=［ΔtxΔtyΔtzΔXshiftΔYshiftΔZshift］T為視準軸偏差未知數(shù)增量向量和外方位線元素系統(tǒng)誤差未知數(shù)增量向量(其初始迭代值為零);LX為像點坐標觀測值殘差向量(其中為以未知數(shù)近似值代入式(4)求出的像點坐標計算值);LC為控制點坐標觀測值殘差向量(將控制點外業(yè)坐標當作近似值時為零);E為單位矩陣;為地面控制點坐標觀測值權陣(其中σ0為像點坐標量測中誤差;σc為地面控制點中誤差)。

基礎誤差方程(式(5))中，待求的未知數(shù)的個數(shù)為6+3n，誤差方程式的個數(shù)為3m+2(n+m)k(其中:n為待定的無重復加密點個數(shù);m為地面控制點個數(shù);k為重疊系數(shù)，表示同一加密點在不同像片上出現(xiàn)的平均次數(shù))。由此可以看出，基礎誤差方程與像片個數(shù)無關;與傳統(tǒng)光束法平差相比，由于未知數(shù)個數(shù)減少，用此方程求解更加簡單、更容易收斂。以此算法模型為基礎，筆者用VC++編寫了軟件模塊將其實現(xiàn)，其輸入值分別為像點坐標、控制點地面坐標、圖像外方位元素和傳感器內(nèi)方位元素，輸出值為視準軸偏差和外方位線元素系統(tǒng)誤差。

2 算法試驗與分析

2.1 試驗設計

為驗證上述視準軸偏差檢校模型的有效性，選取POS系統(tǒng)輔助模擬相機RC30和數(shù)字相機UCXp航攝的試驗區(qū)數(shù)據(jù)(表1)，分別采用POSPac軟件包的CALQC視準軸偏差檢校模塊(采用POS輔助嚴密光束法平差模型)和基于本文算法建立的檢校模塊進行檢校比較。

表1 試驗區(qū)航空攝影技術參數(shù)Tab.1 Aerial photogrammetric parameters of the experimental blocks

試驗1中含有實時動態(tài)差分(real－time kinematic，RTK)方式測量的6個地面控制點和4個地面檢查點，這些點均勻分布于測區(qū)內(nèi)，位置精度優(yōu)于10 cm;RC30全色圖像負片采用21 μm間距掃描數(shù)字化，其POS數(shù)據(jù)處理利用了2 Hz的地面基準站數(shù)據(jù)，外方位元素解算輸出到WGS84－UTM坐標系下。試驗2中含有RTK方式測量的10個地面控制點和7個地面檢查點，其均勻分布于測區(qū)內(nèi)，位置精度優(yōu)于5 cm;UCXp圖像數(shù)據(jù)采用Ultramap軟件進行處理，輸出融合的RGB圖像;POS數(shù)據(jù)處理也利用了2 Hz的地面基準站數(shù)據(jù)，外方位元素解算輸出到WGS84－UTM坐標系下。依照我國現(xiàn)行地形圖航空攝影規(guī)范［13］，試驗1的圖像和試驗2的圖像可分別用于1∶10000和1∶1000比例尺的地形圖制圖。

2.2 視準軸偏差檢校結(jié)果分析

在試驗1中抽取2條航線共23張航片，采用第三方軟件手工量取了連接點，采用patb軟件進行空三加密、剔除粗差點后，連接點坐標總體量測精度(中誤差)優(yōu)于±6.0 μm(連接點構網(wǎng)如圖2所示)。

圖2 試驗1轉(zhuǎn)點構網(wǎng)分布圖Fig.2 Distribution nets of the pass and tie points in test1

在CALQC模塊中導入上述剔除粗差后的連接點坐標，采用不同方案進行視準軸偏差檢校;而后又將POSPac軟件包輸出的外方位元素和上述連接點像點坐標作為輸入值，輸入本文編寫的軟件中進行視準軸偏差檢校。為驗證本文檢校算法的正確性，采用了5種方案分別對檢校結(jié)果進行對比驗證，各方案的檢校結(jié)果對比見表2。

表2 試驗1中不同方案視準軸偏差檢校結(jié)果比較Tab.2 Comparison of the different boresight misalignment calibration results in test1

為驗證本文檢校算法的穩(wěn)定性，又利用試驗2測區(qū)進行檢校。試驗2中采用了4條航線共45張航片，利用CALQC采用不同策略進行連接點自動匹配(圖3)。

圖3 試驗2區(qū)域4條帶連接點構網(wǎng)分布圖(由于Event mark丟失，最下方條帶中間缺少一張航片)Fig.3 Distribution nets of the pass and tie points of the four strips in test2

提取了2套連接點坐標，并手工量取了地面控制點和檢查點的像點坐標，經(jīng)自由網(wǎng)無約束平差、剔除粗差連接點后，像點坐標總體量測精度(中誤差)優(yōu)于±2.0 μm。利用此連接點和POSPac軟件包解算的外方位元素，分別在CALQC模塊和本文軟件中采用5種方案進行視準軸偏差檢校，其中方案1和2采用了同一套連接點，連接點構網(wǎng)分布如圖3所示。

方案3，4，5采取了另一套連接點，如圖4所示。

圖4 試驗2區(qū)域下方2條帶連接點構網(wǎng)分布圖Fig.4 Distribution nets of the pass and tie points of the two strips in the bottom of test2

各種方案的檢校結(jié)果對比見表3。

表3 試驗2中不同方案視準軸偏差檢校結(jié)果比較Tab.3 Comparison of the different boresight misalignment calibration results in test2

由表2和表3可以得出以下結(jié)論:①本文算法的視準軸偏差檢校結(jié)果與CALQC商用軟件的視準軸偏差檢校結(jié)果基本一致，再次確認了本文算法模型是正確、穩(wěn)定的;②視準軸偏差檢校結(jié)果對航片數(shù)不敏感，不同片數(shù)下的檢校結(jié)果變化不大;③同一套連接點下，無論商用軟件還是本文軟件的檢校結(jié)果都比較穩(wěn)定、一致;④鑒于不同套連接點下的視準軸檢校結(jié)果的互差較大，說明連接點的分布決定了視準軸偏差檢校結(jié)果;⑤為保持檢校的穩(wěn)定性，仍推薦采用2條航帶以上、每航帶8張航片以上的采樣量。

2.3 不同視準軸偏差下的定位結(jié)果比較

為驗證視準軸偏差檢校結(jié)果的有效性，將外方位元素經(jīng)視準軸偏差改正后重新輸出，采用雙片前方交會進行直接地理定位，對定位結(jié)果進行比較。這里假設CALQC模塊的檢校結(jié)果為真值，將外方位角元素經(jīng)該檢校結(jié)果改正后進行直接地理定位，視其解算的連接點地面坐標為真值;將此坐標值和基于本文算法檢校的外方位元素直接地理定位結(jié)果進行比較，比較結(jié)果如表4。

表4 不同方案視準軸偏差檢校結(jié)果下的直接地理定位互差Tab.4 DG differences of the results of different boresight misalignment calibration

綜合表2—4可以得出:①直接地理定位互差與視準軸偏差互差相關，說明視準軸偏差檢校結(jié)果直接決定了對地目標定位結(jié)果;②除試驗2方案1外，其他方案都是相向飛行的檢校方案，直接對地定位互差平均值較小，而互差中誤差較大，說明相向飛行可以抵償視準軸偏差檢校誤差帶來的整體性系統(tǒng)誤差。

直接地理定位時，雙片前方交會的上下視差也間接反映了視準軸偏差檢校的精度;若不考慮POS系統(tǒng)固有的精度限制和系統(tǒng)誤差影響，則上下視差越大表示視準軸偏差檢校精度越低。依次比較所有連接點不同檢校方案的直接地理定位上下視差的結(jié)果如表5所示。

表5 不同方案視準軸偏差檢校結(jié)果下的直接地理定位上下視差Tab.5 Y －parallaxes of DG employing the different results of boresight misalignment calibration

由表5可以看出:①不同方案下的CALQC模塊和本文視準軸偏差檢校后的直接定位上下視差基本一致，它們的中誤差大小都在1個像元左右(其中，基于模擬相機的前方交會上下視差略大于1個像元，基于數(shù)字相機的前方交會上下視差略小于1個像元);②由于上下視差較小，間接證實了本文視準軸偏差檢校結(jié)果的正確性。

由于檢校后的外方位元素直接定位上下視差為一個像元左右，可以先通過相對定向求出相對定向模型下的定向點模型坐標;再通過直接地理定位的方式求出定向點的物方坐標，擬合出絕對定向的7個參數(shù);最后按照相對定向—絕對定向的模式進行測圖。這樣，既利用了POS直接解算的外方位元素，又解決了其直接安置上下視差不穩(wěn)定問題。

通過對地目標定位的絕對定位精度也可以檢核視準軸偏差檢校的精度及穩(wěn)定性。試驗1區(qū)內(nèi)均勻分布的4個檢查點共在13個立體像對上出現(xiàn);試驗2區(qū)內(nèi)均勻分布的7個檢查點共在20個立體像對上出現(xiàn)。利用經(jīng)視準軸偏差改正后的外方位元素進行的雙片前方交會直接地理定位對各立體像對下的解算結(jié)果和檢查點坐標進行比較，得到絕對定位精度(表6)。

表6 不同方案下的絕對定位精度Tab.6 DG absolute accuracy of different scenarios

由表6可以得出:①CALQC模塊和本文方法視準軸偏差檢校后的絕對定位精度基本一致;②直接地理定位在平面和高程方向存在系統(tǒng)誤差，這一方面是由POS系統(tǒng)解算的外方位元素系統(tǒng)誤差所引起［3］，另一方面是由視準軸偏差的系統(tǒng)誤差所引起;③基于本文方法和CALQC模塊檢校結(jié)果的直接地理定位高程精度都低于平面定位精度，一方面是由攝影測量的基高比所引起，另一方面是由外方位線元素坐標投影換算時高程方向和平面方向投影比例不一致所引起［3］;④平面和高程方向存在的較大系統(tǒng)誤差，可以采用基于地面控制點檢校出的外方位線元素系統(tǒng)誤差來補償消除一部分;⑤試驗1方案1下的CALQC模塊和本文方法檢校下的直接地理定位平面中誤差都在2.2 m以下，高程在3.1 m以下，滿足我國《1∶5000，1∶10000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》對于1∶10000比例尺高山地區(qū)地形測圖地物檢查點坐標不符值的平面中誤差≤7.5 m、高程中誤差≤4.0 m 的限差要求［14］。試驗2方案1的CALQC和本文方法檢校下的直接地理定位平面中誤差在0.41 m以下，高程中誤差在1.1 m以下，可滿足我國《1∶500，1 ∶1000，1 ∶2000 地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范》對于1∶1000比例尺平地地形測圖地物檢查點坐標不符值平面中誤差≤0.6 m限差要求;但在高程方向上還不能滿足高程中誤差≤0.35 m 的限差要求［15］。

3 結(jié)論

1)本文在視準軸偏差檢校時，沒有對POS系統(tǒng)解算的外方位元素偶然誤差進行改正，認為此外方位元素主要受系統(tǒng)誤差即位置平移量和視準軸偏差的影響(對于高精度的POS系統(tǒng)，此種假設是合理的)，因而減少了誤差方程未知數(shù)的個數(shù)，只利用很少的連接點即可解算視準軸偏差，簡化了對連接點構網(wǎng)強度的要求。

2)通過試驗數(shù)據(jù)的驗證表明，本文的光束法平差檢校算法是可靠、有效的。采用基于本文算法檢校結(jié)果的外方位元素直接地理定位誤差和商用軟件的結(jié)果一致，直接定位時上下視差的中誤差在1個像元左右。

3)經(jīng)本文方法檢校后的外方位元素，可以直接用于1∶10000比例尺［14］的高山地區(qū)的地形圖測圖;對于1∶1000比例尺的測圖，平面上可以滿足《規(guī)范》［15］的精度要求，但高程上還不能滿足《規(guī)范》［15］的精度要求。

以后筆者將進一步研究加入相機內(nèi)方位元素修正的自檢校方法，開展將該方法用于線陣傳感器的視準軸偏差檢校的試驗。

志謝:本文對中飛四維公司提供試驗1區(qū)域數(shù)據(jù)和黎東、祁增營參與試驗2區(qū)域中GPS RTK地面控制點測量工作表示衷心的感謝。

［1］Hutton J，Savinal T.Computation of Phi Omega Kappa from Roll Pitch Heading［R］.Applanix Technical Note，2000.

［2］Baumker M ，Heimes F J.New Calibration and Computing Method for Direct Georeferencing of Image and Scanner Data Using the Position and Angular Data of an Hybrid Inertial Navigation System［J］.Integrated Sensor Orientation，2002，43:197 －212.

［3］Legat K.Approximate Direct Georeferencing in National Coordinates［J］.ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing，2006，60(4):239 －255.

［4］劉 軍，王冬紅，張永生.GPS/INS系統(tǒng)HPR與OPK角元素的剖析與轉(zhuǎn)換［J］.測繪科學，2006，31(5):54 －56.Liu J，Wang D H，Zhang Y S.Analysis and Transformation Between HPR and OPK Angles for the GPS/INS System［J］.Science of Surveying and Mapping，2006，31(5):54 － 56(in Chinese with English Abstract).

［5］Mostafa M.Boresight Calibration of Integrated Inertial/Camera Systems［C］//Proceed.Int MMR Mostafa － symposium on Kinematic Systems in Geodesy，Geomatics and Navigation － KIS.Banff，Canada，2001.

［6］Cramer M，Stallmann D.System Calibration for Direct Georeferencing［J］.International Archives of Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，2002，34(3):79 －84.

［7］Mostafa M，Schwarz K P.Digital Image Georeferencing from a Multiple Camera System by GPS/INS［J］.ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing，2001，56(1):1 －12.

［8］王建超，郭大海，鄭雄偉.機載POS直接地理定位的精度分析［J］.國土資源遙感，2007(4):33 －38.Wang J C，Guo D H，Zheng X W.Accuracy Analysis of Airborne POS － supported Photogrammetry［J］.Remote Sensing for Land and Resources，2007(4):33 － 38(in Chinese with English Abstract).

［9］袁修孝.GPS輔助空中三角測量原理及應用［M］.北京:測繪出版社，2001:29 －31.Yuan X X.The Principle and Application of GPS－supported Aerial Triangulation［M］.Beijing:Publishing House of Surveying and Mapping，2001:29 －31(in Chinese).

［10］Honkavaara E.In－flight Camera Calibration for Direct Georeferencing［J］.International Archives of Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，2004，35(1):166 －171.

［11］袁修孝，楊 芬，趙 青，等.機載POS系統(tǒng)視準軸誤差檢校［J］.武漢大學學報:信息科學版，2006，31(12):1039－1043.Yuan X X，Yang F，Zhao Q，et al.Boresight Calibration of Airborne Position and Orientation System［J］.Geomatics and Information Science of Wuhan University，2006，31(12):1039 － 1043(in Chinese with English Abstract).

［12］袁修孝.POS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差［J］.測繪學報，2008，37(3):342－347.Yuan X X.POS － supported Bundle Block Adjustment［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2008，37(3):342 － 347(in Chinese with English Abstract).

［13］國家測繪局測繪標準化研究所.GB/T 15661—20081∶5000，1 ∶10000，1 ∶25000，1 ∶50000，1 ∶100000 地形圖航空攝影規(guī)范［S］.北京:中國標準出版社，2008.State Bureau of Surveying and Mapping Surveying and Mapping Standardization Institute.GB/T 15661 －20081 ∶5000，1 ∶10000，1 ∶25000，1 ∶50000，1 ∶100000 Topographic Maps Specifications for Aerial Photography［S］.Beijing:Standards Press of China，2008(in Chinese).

［14］國家測繪局測繪標準化研究所.GB/T 13990—19921∶5000，1∶10000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范［S］.北京:中國標準出版社，1992.State Bureau of Surveying and Mapping Surveying and Mapping Standardization Institute.GB/T 13990 －921 ∶5000，1 ∶10000 Topographic Maps Specifications for Aerophotogrammetric Office Operation［S］.Beijing:Standards Press of China，1992(in Chinese).

［15］國家測繪局測繪標準化研究所.GB/T 7930—20081∶500，1∶1000，1∶2000地形圖航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范［S］.北京:中國標準出版社，2008.State Bureau of Surveying and Mapping Surveying and Mapping Standardization Institute.GB/T 7930 － 20081 ∶500，1 ∶1000，1∶2000 Topographical Maps Specifications for Aerophotogrammetric Office Operation［S］.Beijing:Standards Press of China，2008(in Chinese).

POS System Boresight Misalignment Calibration with Bundle Adjustment Method

ZHAO Hai－ tao1，2，ZHANG Bing1，ZUO Zheng － li1，CHEN Zheng － chao1
(1.Center for Earth Observation and Digital Earth of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100094，China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)

The boresight misalignment between inertial measurement unit(IMU)and sensor should be calibrated firstly for direct georeferencing(DG)of aerial photogrammetry.For this reason，the authors presented a simple and convenient boresight calibration model of position and orientation system(POS)－supported bundle block adjustment，and derived the fundamental error equation.The calibration result of this method is accordant with the calibration result of the commercial software CALQC in two empirical blocks.The method of boresight misalignment calibration proposed in this paper is correct and effective，as evidenced by a comparison with the DG results and y－parallax.The exterior orientations corrected with the calibration result can be directly used for mapping the topographic map at the scale of 1 ∶10000 in high mountain areas.

position and orientation system(POS);boresight misalignment;bundle adjustment;calibration;direct georeferencing(DG)

TP 706

A

1001－070X(2012)03－0022－07

2011－11－04;

2012－02－12

中國科學院對地觀測與數(shù)字地球科學中心主任基金資助項目(編號:YIZZ10101B)資助。

10.6046/gtzyyg.2012.03.05

趙海濤(1983－)，男，博士研究生，工程師，主要研究方向為POS輔助航空攝影測量與高光譜遙感。E－mail:htzhao@ceode.ac.cn。

張 兵，Tel.:86－10－82178002，F(xiàn)ax:86－10－82178009，E －mail:zhangbing@ceode.ac.cn，通信地址:北京市海淀區(qū)鄧莊南路9號，郵編:100094。

(責任編輯:劉心季)