舰载POS MV数据采集与处理技术的水上定位性能

为提高水运工程复杂作业环境舰载水下声学设备的定位能力,研究了舰载POS MV系统组成单元及搭载的Applanix IN-Fusion GNSS INS组合定位基本原理。基于POSPac MMS构建了4种POS数据后处理模式选择策略及方法流程,形成了舰载POS数据采集与处理核心技术体系。依托温岭航道疏浚工程扫测项目开展离岸35 km持续2.17 h的POS MV WaveMaster数据采集及处理工程实践。研究结果表明:1)POS MV在非星站差分情况下,其实时定位平面、高程精度均为米级,横纵摇、艏向平均精度分别为0.026°、0.029°。2)在POSPac MMS的PP-RTX和SingleBase后处理模式下,平面、高程定位精度提高至2~3 cm,横摇、艏向平均精度分别提高至0.012°、0.015°,真垂荡数据中误差稳定在0.01 m。3)POS MV可以实时获取稳定、有效的惯导数据,辅助后处理技术能够为水运工程提供准确的位置和姿态信息。

高斯-克吕格投影坐标系下POS角元素的转换方法

我国的地形测量坐标系通常采用高斯-克吕格投影坐标系,由于地球曲率和子午线偏差的影响,POS系统提供的传感器姿态角向影像外方位角元素的转换过程中存在误差,需要引入一个额外的补偿矩阵进行修正。从分析地球曲率和子午线偏差对影像外方位角元素的影响入手,推导补偿矩阵的严密计算公式,并完善了POS角元素的转换公式。通过对带有POS数据的实际航摄影像资料处理,验证补偿矩阵的正确性和实用性。试验结果表明,高斯-克吕格投影坐标系下POS外方位角元素的转换与中央经线的选取密切相关,与坐标原点的选取无关。利用补偿矩阵转换的影像外方位角元素精度明显高于POS系统提供值的精度。

基于POS数据的核线影像生成方法

提出一种对已知外方位元素的立体影像实施灰度重采样生成核线影像对的方法,推导了核线影像与原始影像之间的严密几何关系,并利用一组摄于某山区的1∶3000比例尺实际航空影像验证了所建立几何关系的正确性和方法的可行性。试验表明,利用光束法区域网平差和经检校后的POS影像外方位元素生成的核线影像对与基于常规相对定向方法所生成的核线影像对具有相同的质量,同名点的上下视差在1像元以内,完全可以满足摄影测量立体观测的要求;而采用未经检校的POS影像外方位元素所生成的同名核线影像对带有约70像元的上下视差,无法用于立体观测。

一种改进的高精度POS时间同步方法

结合现有时间同步方法及高精度POS的应用需求,提出了一种以GPS接收机输出的1PPS秒脉冲为基准,采用数字参数反馈方式,对惯性测量单元的数据采集脉冲周期进行实时修正的高精度POS时间同步方法,并给出了一种简易的POS时间同步精度测试方法。然后结合光纤陀螺POS实际系统进行了时间同步精度测试和对比实验。结果表明,所提出的时间同步方法能够克服时钟漂移并修正时间信号传输延迟,在保证工作可靠性的同时实现了在融合点上数据的高精度同步。

POS数据用于立体模型恢复时的上下视差分析

从连续法相对定向原理出发,推导了直接由像片外方位元素恢复立体模型时模型点上下视差的计算公式,用模拟数据验证了计算方法的正确性,并对两组不同摄影比例尺的实际航摄像片进行了试验。通过比较利用GPS辅助光束法区域网平差获得的像片外方位元素和POS提供的像片外方位元素重建立体模型所产生的模型上下视差,分析了POS系统误差对模型上下视差的影响。结果表明,直接利用POS提供的像片外方位元素进行安置元素测图会出现作业员难以忍受的模型上下视差,不能满足地形测图的规范要求。

基于双DSP的POS数据采集与处理系统的设计与实现

详细阐述了一种基于双DSP的POS数据采集与处理系统的设计与实现。该系统采用FPGA实现了IMU输出多路脉冲的并行采集和GPS数据的接收。通过专门的DSP1实现IMU的误差补偿和GPS数据解包,以及IMU和GPS数据的时间同步。采用高性能DSP2进行导航解算处理,两DSP之间通过并行主机接口(HPI)进行高速数据传输。所采集的IMU和GPS数据以及解算结果通过以太网接口输出。最后进行了跑车实验,实验结果表明:所研制的POS数据采集与处理系统在功能、精度及实时性方面均达到了预期的设计目标。

POS辅助航带间航摄影像的自动转点

提出一种利用POS提供的影像定向参数辅助区域航空摄影测量中航带间影像自动转点方法。首先,对航带内影像采用金字塔影像匹配策略寻求同名像点,以获得航向间影像连接点的精确像片坐标;然后利用POS提供的影像定向参数预测航带间的影像连接点。再通过对相邻航线间待匹配窗口影像的几何变形改正,在由POS数据辅助建立的核线几何条件约束下,直接在原始影像上找寻同名像点;最后经最小二乘匹配使影像匹配结果达到子像素级精度。试验表明,将POS数据引入航带间的影像自动转点中,不但可以简化影像匹配过程、提高自动化水平,而且较常规影像匹配方法可以提高航带间自动转点的成功率34.0%,并节省76.7%的CPU耗时。

POS辅助光束法区域网平差

介绍POS数据与摄影测量观测值联合平差的基本原理,推导了平差基础误差方程,并利用自行研制的POS辅助光束法区域网平差系统WuCAPS对摄自两个平坦地区的1∶2 500和1∶60 000比例尺两种航摄影像进行了试验。结果表明,利用POS系统测定的未检校与经检校场检校后的影像定向参数辅助光束法区域网平差的结果基本是一致的。此时,仅需在区域四角各布设1个平高地面控制点就能满足航空摄影测量加密的精度要求,这不但减少摄影测量加密野外像片控制点的联测工作量,而且避免了使用POS系统时必须设置专门检校场的繁琐检校,可以明显提高航空摄影效率,节省POS使用成本,有利于POS系统的大规模推广应用。

基于光束法平差的POS系统视准轴偏差检校

航空摄影测量的直接地理定位(direct georeferencing,DG)必须首先进行惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)和传感器间的视准轴偏差(boresight misalignment)检校。提出了一种简便的定位定向系统(position andorientation system,POS)辅助光束法平差检校模型,推导了其基础误差方程,并通过2个试验区验证该方法检校结果与商用软件CALQC的检校结果基本一致。通过直接地理定位互差和上下视差比较,证明用本文方法进行的视准轴偏差检校是正确有效的,检校后的外方位元素可直接用于1∶10 000比例尺的高山地区地形图测图。

不同附加参数的POS辅助空三精度分析

POS辅助空三的应用,能够减少传统空三中为加密所需野外控制点的联测工作量,缩短成图周期,降低成本;然而选择不同个数的附加参数,也会使得在POS辅助空三的过程中所采取的模型有所差异,所建立的误差方程式亦不同。因此,在对精度要求比较高的情况下,附加参数的选择就显得尤为重要。通过使用不同的附加参数来建立模型,分析造成其精度差异的原因并对参数的选择提出了建议。

安置元素测图对POS外方位元素的精度需求

基于POS辅助航空摄影测量直接对地目标定位理论,根据误差传播定律建立了物方坐标精度与影像外方位元素精度的关系模型,并从理论上分析了各种基本比例尺地形测图对影像外方位元素的精度需求。通过对摄自不同地区、多种摄影比例尺航摄影像的实验表明,由POS系统获取的影像外方位元素进行安置元素测图完全可以满足各种比例尺、不同地形图测绘的精度要求,但为了满足地物点的高程精度,对影像外方位元素的精度需求较用于平面测图时的至少要高出一倍以上。

POS数据与机载三线阵影像的联合平差

研究了机载三线阵影像与POS位置、姿态同步测量数据联合平差的理论方法;设计了一种描述POS测量误差的数学模型,采用改进的定向片内插模型实现了机载三线阵影像的光束法平差,并利用ADS40影像进行了单航带和区域网平差的实验。结果表明,极少量地面控制点参与平差即可有效提高POS数据的定位精度;在测区3角布设控制点可得到稳定的平差结果,平面和高程精度均优于1.7个像素。高精度的POS数据可有效控制航带模型的旁向倾斜,使得单航带摄影测量作业成为可能。

航空遥感运动补偿用POS高阶误差模型的建立与分析

位置姿态系统(position and orientation system,POS)作为航空遥感中运动补偿的通用载荷,其精度直接影响成像质量。为提高POS的定位定姿精度,在15维传统误差模型的基础上考虑了陀螺和加速度计的刻度因子误差和安装误差的标定残差对POS精度的影响,并使用随机常值、一阶马尔科夫过程表示陀螺随机漂移和加速度计随机偏置,建立了一个39维的高阶误差模型。为了评价该模型的准确性和实用性,将其与其他的误差模型比较,进行了POS与相机的联合飞行实验。实验结果表明,基于39维高阶误差模型的POS精度较其他的误差模型有明显提高。

基于传感器联合测量的车载POS精度检测系统设计

POS系统是移动测量系统的重要组成部分,其位置姿态精度一直受到广泛关注。结合全站仪、激光跟踪仪、GNSS授时装置等传感器,设计了动态精度检测系统,开展了POS系统动态精度检测方法研究。主要采用单次测量时间统计、平滑曲线拟合等方法探测检测系统的测量误差,并在误差剔除的基础上,结合ICP算法,利用跟踪仪高精度测量数据,对全站仪数据进行修正,提高检测系统整体测量精度。最后,在某实验区,进行车载POS系统动态跟踪实验,分别采用整体轨迹对比和实时点位对比方法进行POS系统事后处理精度检测和实时导航精度检测。实验结果表明:采用该种检测方法,动态检测系统能检测出POS实时和事后处理的动态定位精度。

基于最小二乘拟合法的分布式POS全局估计方法

针对无法保证各子阵天线附近均安装高精度子惯性测量单元(IMU)的问题,提出了一种基于最小二乘拟合的分布式位置姿态测量系统(POS)全局估计方法。首先,建立了考虑一维柔性变形角的主/子传递对准误差模型;然后,采用卡尔曼滤波(KF)估计已安装子IMU的子阵天线运动参数;最后,在已获取运动参数的基础上,采用最小二乘拟合估计未安装子IMU的子阵天线运动参数。半物理仿真实验结果表明,所提方法精确实现了阵列天线运动参数的全局估计,且未安装子IMU的子阵天线运动参数估计精度与相邻的子阵天线运动参数估计精度相当。

一种惯性稳定平台分体式POS安装方案设计与优化

根据某型光谱成像仪的结构特点,提出一种航空遥感惯性稳定平台分体式POS安装方案,并对支架进行多目标优化设计。安装方案包括整体布局、POS安装方案、配重方案及支架优化4个部分。首先,根据载荷、POS及稳定平台结构特点和功能确定最优布局方案,在稳定平台方位框上对称分体式安装POS/支架系统、配重/支架系统,使得当载荷沿方位轴转动到任意位置情况下,对水平横滚轴及俯仰轴的偏心力矩都能相互抵消;其次,为减小安装空间,将POS通过支架在方位框过渡盘上垂直安装;第三,根据载荷安装位置,确定将配重/支架系统与POS/支架系统沿俯仰轴对称安装,将配重块重心集成设计并进行最大距离安置,使得在配重最小情况下实现对POS的最大偏置校正力矩;第四,以质量、应力及应变最小为目标,对安装支架进行基于ANSYS Workbench仿真环境的拓扑优化和多目标参数优化设计,使得在保证强度和刚度的条件下质量减少了26.7%;最后,以优化设计方案为指导,对POS安装及配重系统进行加工配重和飞行实验。实验结果表明:基于POS位置反馈的惯性稳定平台控制系统性能稳定,实现了光谱仪高精度航空遥感成像。

一种直接代替检校场改正POS系统误差的新方法

根据共线方程的基础理论,提出一种直接代替检校场改正POS定位测姿数据中系统误差的新方法。试验证明,这是一种比检校场更简单、更直接、更适用的POS系统误差改正方法,能大大提高航摄、航测生产的工作效率和经济效益。

POS系统在无人机航空摄影中的应用

随着计算机和通信技术的发展,人们对无人机航空摄影定位定向的精度提出了更高的要求,将POS系统定位定向技术应用于无人机航空摄影中,能够得到载体实时性强、准确度高的位置和姿态信息。本文首先对POS系统的硬件组成进行了相关介绍,然后对POS系统在无人机进行航拍过程中的定位定向原理进行了分析,最后针对目前POS系统在航空摄影中的实际应用,介绍了POS系统未来的发展趋势和应用前景。

补充构架航线在低精度POS航摄数据测图中的应用

目前,无人机摄影测量作为主流的测绘手段,已在众多领域得到了广泛应用,但市场中多数无人机未搭载高精度定位测姿系统。在满足精度要求的前提下,为减少野外控制测量工作,研究利用高精度定位功能的实时动态载波相位差分技术(Real-Time Kinematic,RTK)无人机实施补充构架航线设计,探索了构架航线下的区域网平差原理,并在辅助光束法平差过程中,通过设置不同观测值权重提升了空中三角测量精度,从而降低了对控制点数量的需求。实验选取了某丘陵地区实施无人机航摄,经对6组不同方案下的解算结果进行分析,得出本文方法可有效提高对地定位测量精度,大大降低野外控制点布设工作,具有一定的应用价值。

Transformation Method of Exterior Orientation Angular Elements Obtained via Position and Orientation System Under Gauss-Kruger Projection Coordinate System

经由在空中的位置和取向系统(POS ) 获得的数据在 WGS 84 全球以地球为中心的引用框架，当为在中国的地志的印射的国家并列引用系统通常是 Gauss-Kruger 设计坐标系统时。因此，经由 POS 获得的数据必须被转变到国家坐标系统。由于地球弯曲和顶点偏差的效果，在从转动，沥青，和标题的角度转变的过程有一些错误(桅，螛，经由 POS 直接获得到图象的态度角度的唯)( 蠁，蠅，在摄影测量学需要的魏) 。根据外面的取向上的地球弯曲和顶点偏差的效果理论图象的尖元素，使用一个赔偿矩阵从态度角度改正转变错误的一个方法经由 POS 获得了到外面的取向图象的尖元素在这份报纸被建议。而且，赔偿矩阵的严密公式被推出。经由 POS AV 510 获得的实际数据的二个集合，在规模和地面不同，被选择并且过去常执行实验。实验结果不仅显示赔偿矩阵在这建议纸正确、实际而且证明尖元素基于赔偿矩阵经由 POS 获得了的外面的取向的那转变精确性与 Gauss-Kruger 设计的垂直的轴(中央顶点的设计)的选择相关坐标系统；合适的垂直的轴应该是调查区域在定位的设计地区的中央顶点的 Gauss-Kruger 设计。然而，外面的取向的转变精确性尖元素与坐标系统的起源的选择无关；坐标系统的起源在调查区域的中心点定位，是适当的。而且，尖元素基于在这份报纸推出的赔偿矩阵完成了的外面的取向的转变精确性比经由处理软件的存在 POS 获得了的高。