CN106323342B - 航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法 - Google Patents

航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空遥感成像技术领域，具体涉及一种航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法。本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)利用模拟负载使扫描仪获得连续回转能力，通过调整轴端平面镜法线与轴线重合，将不可见的回转轴线实体化，可用测量设备直接测量；(2)将回转轴线引出至立方镜上，轴端平面面镜拆除，减小了扫描仪轴向尺寸，有利于设备小型化及扫描仪的飞行平台适应性；(3)回转轴线引出精度高：模拟负载重量与相机相同，扫描仪转动状态与安装相机时保持一致；轴端平面镜、立方镜本身精度为角秒级，自准直仪、经纬仪测量精度为角秒级，综合引出误差可达到角秒级。

Description

航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法
技术领域
本发明属于航空遥感成像技术领域，具体涉及一种航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法。
背景技术
航空扫描仪对地面景物进行摆扫成像时，相机在扫描仪内部绕回转轴线进行大角度转动，因此扫描仪的回转轴线是光学系统运动基准，回转轴线与视轴的夹角直接影响扫描图像定位精度，需进行标定补偿。因此需将扫描仪两个运动轴的回转轴线精确引出，作为相机的几何标定基准。
常见的回转轴线引出方法为在运动轴的轴端安装一块平面镜，采用自准直仪对该平面镜进行准直测量，连续回转一周，此时平面镜的法线回转平均线方向即为回转轴线方向。该方法要求运动轴至少具备一周的回转能力。
由于航空扫描仪空间布局紧张，多采用紧凑结构，不具备连续回转能力，而且受到轴端出线影响，平面镜安装受到影响。因此不能作为相机几何标定时的基准。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种高精度回转轴线引出方法，将回转轴线方向引出至基准立方镜上，可作为相机的几何标定基准，为航空扫描仪几何标定提供保证。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法，该方法基于回转轴线引出装置来实施；
对于所述回转轴线引出装置而言，扫描仪(2)按水平方向固定于支撑座(1)上，模拟负载(3)安装在扫描仪(2)内部，外框轴端平面镜(4)与扫描仪(2)的外框回转轴固连，内框轴端平面镜(5)与扫描仪(2)的内框回转轴固连，第一自准直仪(6)与外框轴端平面镜(4)处于同一水平面内，第二自准直仪(7)与内框轴端平面镜(5)处于同一水平面内，基准立方镜(8)安装在支撑座(1)上；模拟负载(3)、外框轴端平面镜(4)、内框轴端平面镜(5)、第一自准直仪(6)、第二自准直仪(7)、基准立方镜(8)、第一经纬仪(9)、第二经纬仪(10)组成回转轴线引出装置；
基于该回转轴线引出装置，所述高精度引出方法包括下列步骤：
步骤1：轴端平面镜的安装与调整；该步骤包括：
步骤101：拆除相机和穿轴线缆，安装模拟负载(3)，使扫描仪(2)具备连续回转能力和平面镜安装空间；
步骤102：在扫描仪(2)外框回转轴上安装外框轴端平面镜(4)在扫描仪(2)内框回转轴上安装内框轴端平面镜(5)，利用第一自准直仪(6)测量外框轴端平面镜(4)的回转平均线，利用第二自准直仪(7)测量内框轴端平面镜(5)的回转平均线；
步骤103：分别调整外框轴端平面镜(4)、内框轴端平面镜(5)的姿态，使外框轴端平面镜(4)、内框轴端平面镜(5)各自与对应回转轴的回转平均线重合；
步骤2：基准立方镜法线与平面镜法线的对准；该步骤包括：
步骤201：在支撑座(1)上安装基准立方镜(8)，利用第二经纬仪(10)对外框轴端平面镜(4)进行准直测量，利用第一经纬仪(9)对基准立方镜(8)的第一镜面进行准直测量；第一经纬仪(9)与第二经纬仪(10)互瞄，计算基准立方镜(8)的第一镜面的法线与外框轴端平面镜(4)的夹角；调整基准立方镜(8)安装姿态使其第一镜面的法线与外框轴端平面镜(4)法线重合；
步骤202：将扫描仪(2)锁定于零位；
步骤203：移动第一经纬仪(9)和第二经纬仪(10)的位置，利用第二经纬仪(10)对内框轴端平面镜(5)进行准直测量，利用第一经纬仪(9)对基准立方镜(8)的第二镜面进行准直测量；第一经纬仪(9)与第二经纬仪(10)互瞄，计算基准立方镜(8)的第二镜面的法线与内框轴端平面镜(5)的夹角；调整基准立方镜(8)安装姿态使其第二镜面的法线与内框轴端平面镜(5)法线重合。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)利用模拟负载使扫描仪获得连续回转能力，通过调整轴端平面镜法线与轴线重合，将不可见的回转轴线实体化，可用测量设备直接测量；
(2)将回转轴线引出至立方镜上，轴端平面面镜拆除，减小了扫描仪轴向尺寸，有利于设备小型化及扫描仪的飞行平台适应性；
(3)回转轴线引出精度高：模拟负载重量与相机相同，扫描仪转动状态与安装相机时保持一致；轴端平面镜、立方镜本身精度为角秒级，自准直仪、经纬仪测量精度为角秒级，综合引出误差可达到角秒级。
附图说明
图1是本发明轴端平面镜安装及调整示意图；扫描仪安装模拟负载情况下具备连续回转能力，利用自准直仪测量回转轴线方向，计算平面镜法线方向与回转轴线方向夹角，调整平面镜法线与回转轴线方向重合。
图2是基准立方镜法线与平面镜法线的对准示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法，其用基准立方镜的两个相互垂直表面的法线方向代表扫描仪两个回转轴线方向；如图1、图2所示，该方法基于回转轴线引出装置来实施；
对于所述回转轴线引出装置而言，扫描仪2按水平方向固定于支撑座1上，模拟负载3安装在扫描仪2内部，外框轴端平面镜4与扫描仪2的外框回转轴固连，内框轴端平面镜5与扫描仪2的内框回转轴固连，第一自准直仪6与外框轴端平面镜4处于同一水平面内，第二自准直仪7与内框轴端平面镜5处于同一水平面内，基准立方镜8安装在支撑座1上；模拟负载3、外框轴端平面镜4、内框轴端平面镜5、第一自准直仪6、第二自准直仪7、基准立方镜8、第一经纬仪9、第二经纬仪10组成回转轴线引出装置；
基于该回转轴线引出装置，所述高精度引出方法包括下列步骤：
步骤1：轴端平面镜的安装与调整；该步骤包括：
步骤101：拆除相机和穿轴线缆，安装模拟负载3，使扫描仪2具备连续回转能力和平面镜安装空间；
步骤102：在扫描仪2外框回转轴上安装外框轴端平面镜4在扫描仪2内框回转轴上安装内框轴端平面镜5，利用第一自准直仪6测量外框轴端平面镜4的回转平均线，利用第二自准直仪7测量内框轴端平面镜5的回转平均线；
步骤103：分别调整外框轴端平面镜4、内框轴端平面镜5的姿态，使外框轴端平面镜4、内框轴端平面镜5各自与对应回转轴的回转平均线重合；
步骤2：基准立方镜法线与平面镜法线的对准；该步骤包括：
步骤201：在支撑座1上安装基准立方镜8，利用第二经纬仪10对外框轴端平面镜4进行准直测量，利用第一经纬仪9对基准立方镜8的第一镜面进行准直测量；第一经纬仪9与第二经纬仪10互瞄，计算基准立方镜8的第一镜面的法线与外框轴端平面镜4的夹角；调整基准立方镜8安装姿态使其第一镜面的法线与外框轴端平面镜4法线重合；
步骤202：将扫描仪2锁定于零位；
步骤203：移动第一经纬仪9和第二经纬仪10的位置，利用第二经纬仪10对内框轴端平面镜5进行准直测量，利用第一经纬仪9对基准立方镜8的第二镜面进行准直测量；第一经纬仪9与第二经纬仪10互瞄，计算基准立方镜8的第二镜面的法线与内框轴端平面镜5的夹角；调整基准立方镜8安装姿态使其第二镜面的法线与内框轴端平面镜5法线重合。
具体而言，上述实施过程可详细描述如下：
(1)如图1所示，在扫描仪1内框上安装模拟负载3，驱动其外框轴位于0°、180°两个位置，分别记录第一自准直仪6、第二自准直仪7的度数(α1，β1)、(α2，β2)。驱动外框轴回零位，调整外框轴端平面镜4安装姿态角，使第一自准直仪6、第二自准直仪7的度数分别为
(2)如图2所示，安装基准立方镜8至支撑座1上，采用第一经纬仪9对基准立方镜8的第一镜面进行准直测量，记录第一经纬仪9度数采用第二经纬仪10对外框轴端平面镜4进行准直测量，记录第二经纬仪10度数上述两步完成后，第一经纬仪9、第二经纬仪10进行互瞄测量，记录第一经纬仪9度数第二经纬仪10度数调整基准立方镜8安装姿态，使基准立方镜沿第一镜面的铅垂轴旋转沿第一镜面的水平轴旋转
(3)同理，移动第一经纬仪9和第二经纬仪10的位置，采用第一经纬仪9对基准立方镜8的第二镜面进行准直测量，记录第一经纬仪9度数采用第二经纬仪10对内框轴端平面镜5进行准直测量，记录第二经纬仪10度数上述两步完成后，第一经纬仪9和第二经纬仪10进行互瞄测量，记录第一经纬仪9度数第二经纬仪10度数调整基准立方镜8安装姿态，使基准立方镜8沿第二镜面的水平轴旋转
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法，其特征在于，该方法基于回转轴线引出装置来实施；
对于所述回转轴线引出装置而言，扫描仪(2)按水平方向固定于支撑座(1)上，模拟负载(3)安装在扫描仪(2)内部，外框轴端平面镜(4)与扫描仪(2)的外框回转轴固连，内框轴端平面镜(5)与扫描仪(2)的内框回转轴固连，第一自准直仪(6)与外框轴端平面镜(4)处于同一水平面内，第二自准直仪(7)与内框轴端平面镜(5)处于同一水平面内，基准立方镜(8)安装在支撑座(1)上；模拟负载(3)、外框轴端平面镜(4)、内框轴端平面镜(5)、第一自准直仪(6)、第二自准直仪(7)、基准立方镜(8)、第一经纬仪(9)、第二经纬仪(10)组成回转轴线引出装置；
基于该回转轴线引出装置，所述高精度引出方法包括下列步骤：
步骤1：轴端平面镜的安装与调整；该步骤包括：
步骤101：拆除相机和穿轴线缆，安装模拟负载(3)，使扫描仪(2)具备连续回转能力和平面镜安装空间；
步骤102：在扫描仪(2)外框回转轴上安装外框轴端平面镜(4)，在扫描仪(2)内框回转轴上安装内框轴端平面镜(5)，利用第一自准直仪(6)测量外框轴端平面镜(4)的回转平均线，利用第二自准直仪(7)测量内框轴端平面镜(5)的回转平均线；
步骤103：分别调整外框轴端平面镜(4)、内框轴端平面镜(5)的姿态，使外框轴端平面镜(4)、内框轴端平面镜(5)各自与对应回转轴的回转平均线重合；
步骤2：基准立方镜法线与平面镜法线的对准；该步骤包括：
步骤201：在支撑座(1)上安装基准立方镜(8)，利用第二经纬仪(10)对外框轴端平面镜(4)进行准直测量，利用第一经纬仪(9)对基准立方镜(8)的第一镜面进行准直测量；第一经纬仪(9)与第二经纬仪(10)互瞄，计算基准立方镜(8)的第一镜面的法线与外框轴端平面镜(4)的夹角；调整基准立方镜(8)安装姿态使其第一镜面的法线与外框轴端平面镜(4)法线重合；
步骤202：将扫描仪(2)锁定于零位；
步骤203：移动第一经纬仪(9)和第二经纬仪(10)的位置，利用第二经纬仪(10)对内框轴端平面镜(5)进行准直测量，利用第一经纬仪(9)对基准立方镜(8)的第二镜面进行准直测量；第一经纬仪(9)与第二经纬仪(10)互瞄，计算基准立方镜(8)的第二镜面的法线与内框轴端平面镜(5)的夹角；调整基准立方镜(8)安装姿态使其第二镜面的法线与内框轴端平面镜(5)法线重合。
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