航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法

摘要

本发明属于航空遥感成像技术领域，具体涉及一种航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法。本发明与现有技术相比的有益效果是：1)利用PPS计数值对扫描仪运动控制时钟清零，使得扫描运动控制时钟计数器计数范围控制在秒级，大大减小了计数器的资源开销。2)无需初始PPS初始计数与扫描仪运动控制初始计数同步清零，减少了对POS的选用要求，提高了设备的兼容性。3)通过时延ΔT是否大于1s可判断扫描运动控制的PPS计数值是否丢失，从而对计数值进行插补，具备良好的容错能力。

权利要求

1.一种航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法，其特征在于，所述航空大视场扫描仪的外方位元素数据包括位置姿态测量系统(POS)数据与运动姿态数据，其中，运动姿态数据及运动控制时钟Tscan经时延Δt1传输至扫描仪，POS数据及POS时钟Tp经延迟Δt2传输至扫描仪；

该方法包括下列步骤：

步骤1：POS时钟和扫描仪运动控制时钟同步；

利用GPS输出PPS信号，对POS时钟和扫描仪运动控制时钟信息进行触发：记录PPS到来时刻POS时钟和接收到的PPS计数值N；记录同一PPS到来时刻扫描仪运动控制时钟信息和PPS计数值M，在PPS到来时刻对扫描仪运动控制时钟进行清零；则时钟同步误差为Δt＝dt0+max{Δt1,Δt2}+dt1+dt2 ＝dt0+max{t1,t2}+dt1+dt2

其中,Δt为时钟同步误差；dt0为PPS时漂；dt1为1s内扫描仪运动控制时漂；dt2为1s内POS时漂；t1为运动控制时钟周期；t2为POS时钟周期；Δt1为运动控制时钟同步时延；Δt2为POS时钟同步时延；

步骤2：以零时刻为起始进行遍历，根据扫描仪运动控制时间PPS相邻两次触发的时间间隔是否大于1s，判断PPS计数值是否丢失或多出，并相应修改后续计数值；

步骤3：记录数据中POS时钟与扫描仪运动时钟对准；

将数据包中POS数据前置已知延迟ΔT时间，查找相邻的PPS触发时刻扫描仪运动控制时钟Tscan(M)和POS时钟Tp(N)，有Tscan(M)＝Tp(N)

将时钟对齐后的POS数据和扫描仪运动控制数据按期望时间进行差值，获得对准后的扫描仪外方位元素数据。

说明书

航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法

技术领域

[0001] 本发明属于航空遥感成像技术领域，具体涉及一种航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法。

背景技术

[0002] 某航空大视场扫描仪对地进行大角度摆扫，带动内部相机进行大视场扫描成像。其位置姿态测量系统(POS)位于扫描仪基座之上，不直接敏感相机运动，因此需将POS数据和扫描仪运动姿态数据进行对准，然后合成扫描仪内部相机的外方位元素数据，即存在POS时钟和扫描仪运动控制时钟同步问题。时钟同步误差允值为

[0003]

[0004] 其中dt为时钟同步误差允值；Δs为定位误差允值；ωscan为扫描仪运动角速度。

[0005] 航空相机常见的时钟同步方法有两种：一种是利用相机成像时刻的曝光控制信号对POS数据进行“打点”；一种是利用GPS输出秒脉冲信号(PPS)对相机和POS进行时钟同步。

[0006] 以上内容只涉及图像时钟和POS时钟同步，满足POS直接测量相机外方位元素的航空相机时钟同步需求，不能满足外方位元素需进行合成的大视场扫描仪时钟同步要求。

发明内容

[0007] (一)要解决的技术问题

[0008] 本发明要解决的技术问题是：如何提供一种航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法，通过机上时钟同步及事后时钟对准两种手段实现扫描仪的外方位元素数据对准。

[0009] (二)技术方案

[0010] 为解决上述技术问题，本发明提供一种航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法，所述航空大视场扫描仪的外方位元素数据包括POS数据与运动姿态数据，其中，运动姿态数据及运动控制时钟Tscan经时延Δt1传输至扫描仪，POS数据及POS时钟Tp经延迟Δt2传输至扫描仪；

[0011] 该方法包括下列步骤：

[0012] 步骤1：POS时钟和扫描仪运动控制时钟同步；

[0013] 利用GPS输出PPS信号，对POS时钟和扫描仪运动控制时钟信息进行触发：记录PPS到来时刻POS时钟和接收到的PPS计数值N；记录同一PPS到来时刻扫描仪运动控制时钟信息和PPS计数值M，在PPS到来时刻对扫描仪运动控制时钟进行清零；则时钟同步误差为[0014] Δt＝dt0+max{Δt1,Δt2}+dt1+dt2

[0015] ＝dt0+max{t1,t2}+dt1+dt2

[0016] 其中,Δt为时钟同步误差；dt0为PPS时漂；dt1为1s内扫描仪运动控制时漂；dt2为1s内POS时漂；t1为运动控制时钟周期；t2为POS时钟周期；Δt1为运动控制时钟同步时延；Δt2为POS时钟同步时延；

[0017] 步骤2：以零时刻为起始进行遍历，根据扫描仪运动控制时间PPS两次触发的时间间隔是否大于1s，判断PPS计数值是否丢失或多出，并相应修改后续计数值；

[0018] 步骤3：记录数据中POS时钟与扫描仪运动时钟对准；

[0019] 将数据包中POS数据前置已知延迟ΔT时间，查找相邻的PPS触发时刻扫描仪运动控制时钟Tscan(M)和POS时钟Tp(N)，有

[0020] Tscan(M)＝Tp(N)

[0021] 将时钟对齐后的POS数据和扫描仪运动控制数据按期望时间进行差值，获得对准后的扫描仪外方位元素数据。

[0022] (三)有益效果

[0023] 本发明与现有技术相比的有益效果是：

[0024] 1)利用PPS计数值对扫描仪运动控制时钟清零，使得扫描运动控制时钟计数器计数范围控制在秒级，大大减小了计数器的资源开销。

[0025] 2)无需初始PPS初始计数与扫描仪运动控制初始计数同步清零，减少了对POS的选用要求，提高了设备的兼容性。

[0026] 3)通过时延ΔT是否大于1s可判断扫描运动控制的PPS计数值是否丢失，从而对计数值进行插补，具备良好的容错能力。

附图说明

[0027] 图1是本发明时钟同步触发时序示意图。

[0028] 其中：

[0029] Tscan－扫描运动控制时钟；Tp－POS时钟；dt0-PPS时漂；

[0030] Δt1-运动控制时钟同步时延；Δt2-POS时钟同步时延；

[0031] t1为运动控制时钟周期；t2为POS时钟周期。

[0032] 图2是数据记录时序示意图。POS数据量大，记录存在已知延迟ΔT，数据包中同一时刻的数据POS数据滞后扫描仪运动数据ΔT，其中ΔT<1s。

具体实施方式

[0033] 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。

[0034] 为解决上述技术问题，本发明提供一种航空大视场扫描仪的外方位元素数据对准方法，所述航空大视场扫描仪的外方位元素数据包括POS数据与运动姿态数据，其中，运动姿态数据及运动控制时钟Tscan经时延Δt1传输至扫描仪，POS数据及POS时钟Tp经延迟Δt2传输至扫描仪；

[0035] 该方法用PPS对扫描仪运动控制时钟进行触发，利用事后处理解决数据传输延迟，实现POS数据和扫描仪运动姿态数据对准来精确合成扫描仪外方位元素数据，具体包括下列步骤：

[0036] 步骤1：POS时钟和扫描仪运动控制时钟同步；

[0037] 利用GPS输出PPS信号，对POS时钟和扫描仪运动控制时钟信息进行触发：记录PPS到来时刻POS时钟和接收到的PPS计数值N；记录同一PPS到来时刻扫描仪运动控制时钟信息和PPS计数值M，在PPS到来时刻对对扫描仪运动控制时钟进行清零；则时钟同步误差为[0038] Δt＝dt0+max{Δt1,Δt2}+dt1+dt2

[0039] ＝dt0+max{t1,t2}+dt1+dt2

[0040] 其中,Δt为时钟同步误差；dt0为PPS时漂；dt1为1s内扫描仪运动控制时漂；dt2为1s内POS时漂；t1为运动控制时钟周期；t2为POS时钟周期；Δt1为运动控制时钟同步时延；Δt2为POS时钟同步时延；

[0041] 步骤2：以零时刻为起始进行遍历，根据扫描仪运动控制时间PPS两次触发的时间间隔是否大于1s，判断PPS计数值是否丢失或多出，并相应修改后续计数值；

[0042] 步骤3：记录数据中POS时钟与扫描仪运动时钟对准；

[0043] 将数据包中POS数据前置已知延迟ΔT时间，查找相邻的PPS触发时刻扫描仪运动控制时钟Tscan(M)和POS时钟Tp(N)，有

[0044] Tscan(M)＝Tp(N)

[0045] 将时钟对齐后的POS数据和扫描仪运动控制数据按期望时间进行差值，获得对准后的扫描仪外方位元素数据。

[0046] 具体而言，上述过程具体如下：

[0047] (1)利用PPS对扫描仪运动控制时钟进行触发，记录扫描仪接收到的PPS计数值M；利用PPS信号对POS时钟进行触发，记录POS接收的PPS信号计数值N；

[0048] (2)根据相邻两PPS计数值间的扫描仪运动控制时间，去除误记值、增补漏记值。

[0049] ①若Tscan(M+1)-Tscan(M)>1+dt1且

[0050] Tscan(M+1)-Tscan(M)<2-2dt1，则计数值K＝K+1，K≥M+1；

[0051] ②若Tscan(M+1)-Tscan(M)<1-dt1，则当前计数值M+1去掉，计数值K＝K-1，K>M+1；

[0052] (3)读取数据记录包中的扫描运动控制数据和POS数据，将扫描运动控制数据中从首行数据开始补零，补零列数L＝ΔT/f+C。其中f为扫描控制运动数据采样频率，C为微调系数，调整后满足Tscan(M)、Tp(N)在同一列数据处对齐。将对齐后的数据按期望时间间隔差值，获得对准后的扫描仪外方位元素数据。

[0053] 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。