基于单目视觉的位置姿态测量系统精度检校方法

针对高精度位置姿态测量系统的姿态检校问题,提出一种单目视觉检校方法。首先分析了合作靶标精度对单目视觉姿态测量精度的影响,利用合作靶标实现视觉高精度姿态测量;然后提出基于正交矢量和动态滤波的联合标定法,标定出靶标坐标系和惯性测量单元之间的转换矩阵关系;最终实现了具备高精度姿态精度的单目视觉检校系统。实验结果表明,单目视觉检校系统静态姿态误差均方根为2.1'',动态姿态误差为4.4'',可以为高精度位姿系统提供姿态精度检校。

航空摄影测量中位置姿态测量系统的现状分析

位置姿态测量系统的出现,有力推进了航空摄影测量技术的发展。位置姿态测量系统辅助数字相机航空摄影测量技术的成熟,使位置姿态测量系统成为当前研究的一个热点。本文在对当前应用于摄影测量的国内外各种位置姿态测量系统产品比较的基础上,总结当前国产位置姿态测量系统与国外产品存在的差距并进行展望。

高精度光纤陀螺位置和姿态测量系统

采用国产高精度光纤陀螺技术和先进闭环误差控制算法自行研制了高精度光纤陀螺位置和姿态测量系统。惯性测量单元由一个三轴一体的光纤陀螺仪和3只石英加速度计互相正交安装组成。采用的高精度光纤陀螺稳定性全温范围内优于0.01°/h。提出一种有效的闭环误差控制算法,闭环误差控制算法可以解决GPS缺失、跳变引起的导航曲线不连续问题。与加拿大的POS AV610的跑车进行比对试验,结果表明,系统精度与加拿大Applanix公司的POS AV610精度相当。

位置与姿态测量系统精度测试方法研究

为方便有效地解决位置与姿态测量系统的高效高精度测试,文章提出了融合运用激光角度测量和卫星信号模拟技术的实验室精度测试的新方法,并以精密激光角度测量系统研制为重点,阐述了该方法的基本研究思路以及提出的基于共光路分离检测的激光漂移补偿技术,结合各项试验结果,验证了激光角度测量系统的精度以及提出新方法的可行性。

国产MPOS系统精度测试与评估方法

微小型位置姿态测量系统(MPOS)是为观测载荷提供实时运动补偿信息的关键设备。针对国产MPOS在实时单点、事后差分和实时差分(RTK)定位等不同工作模式下的精度测试问题,结合通用航空载荷研制要求和摄影测量工程应用经验,提出了一种基于基准POS直接对比的测试方法和基于POS辅助空中三角测量方法,对国产MPOS测量精度及成图精度开展综合分析评估。结果表明,提出的直接对比法及航测成图法能够真实、客观反映国产MPOS系统在实际工程应用中的性能状态,且在相对理想作业条件下,采用一定数量控制点参与区域网联合平差,能够满足1∶1000成图限差要求,测量精度及工程应用效能与APX-15 UAV等国外同类型产品水平相当。

基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法

分布式位置姿态测量系统(POS)依靠传递对准来精确测量多任务成像传感器的多节点运动信息,然而,节点间的柔性基线精度限制了传递对准精度。针对此问题,提出了一种基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法。首先研究了光纤光栅形变测量方法,利用光纤光栅传感器获取变形位移和变形角度;然后利用光纤光栅的形变测量信息修正传递对准量测方程,重新建立传递对准模型;最后搭建了柔性基线测试实验平台,进行实验测试。实验结果表明,所提出的方法可以精确测量多节点之间的柔性基线,同时也可为分布式POS的应用提供强有力的支持。

MPOS联邦实时组合算法

微小型位置姿态测量系统(micro position and orientation system,MPOS)是为成像载荷提供实时高精度运动补偿信息的关键装置,其测量精度严重制约成像精度的提升。针对MPOS集中滤波实时性差的问题,在基于双ARM(advanced reduced instruction set computing machines)硬件平台的基础上,采用联邦滤波实时组合算法对多组传感器数据进行最优信息融合。以微惯性测量单元为公共参考系统,双天线全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)和磁强计作为子系统提供量测信息,将各个子系统得到的局部误差协方差及状态估计值在主滤波器中进行信息融合得到最优估计值。通过动态实验验证了基于联邦滤波实时组合方法的MPOS,其位置、速度、航向角及水平姿态角精度可达0.6 m,0.03 m/s,0.15°,0.04°。

一种通用的POS自动测试系统设计与实现

位置和姿态测量系统(POS)是航空遥感系统的重要组成部分,可以为各类航空对地观测载荷提供高精度位置、速度和姿态基准。为保证精度,POS使用之前必须进行精确的误差标定实验,同时又要保证实验的效率与可靠性。自动测试技术可规范测试流程,减少人为因素干扰,但目前的自动测试系统通常只能实现某些环节的自动测试,自动化程度不高且通用性不好。针对上述问题,设计了一种通用性好,自动化程度高的POS自动测试系统,该系统以基于FPGA的最小系统电路为核心,实现转台控制、测试计算机通信、待测设备数据采集等功能,然后基于VC开发了上位机软件,实现测试方案加载、数据显示、数据处理、测试报告生成等功能。实验表明,该系统功能可靠,显著提高了测试效率。

基于时间双向解算融合的POS事后处理算法

位置姿态测量系统(position and orientation system,POS)的精度直接影响高分辨率对地观测中成像载荷的成像质量和测绘精度,但POS的传统事后处理方法严重依赖初始阶段的静态对准,限制了应用中系统的反应速度,同时也未能充分利用整段测量数据提高系统处理精度。针对这个问题,提出一种基于时间双向解算航迹融合的POS事后处理算法,在传统算法基础上增加了时间逆向解算结果,并利用"凸组合"最优融合原则将时间正向解算结果与时间逆向解算结果进行融合,提高了系统处理精度和应用中系统的反应速度。联合飞行实验表明,应用该方法后,POS测量精度优于传统的事后处理算法。

激光陀螺POS惯性数据滤波及时延补偿

激光陀螺作为位置姿态测量系统(POS)的核心传感器,其精度直接决定激光陀螺POS系统精度,围绕机抖激光陀螺信号去噪的需求,基于FIR滤波器建模的方法,设计了FIR数字低通滤波器;针对滤波器导致的信号延迟问题,根据FIR数字滤波器群延迟特性建模,提出了激光陀螺POS数据时延补偿方法。静态实验结果表明,设计的FIR数字低通滤波器降低了激光陀螺抖动噪声功率达80dB。进一步通过飞行实验表明,提出的方法降低了激光陀螺POS系统姿态角误差,与POS/AV510相比航向角误差由0.017°降低到0.01°,俯仰角误差由0.007°降低到0.005°,横滚角误差由0.016°降低到0.005°,满足了机载InSAR对激光陀螺POS精度要求。

一种机载遥感成像用分布式POS传递对准方法

针对机载遥感成像用分布式位置姿态测量系统(POS,Position andOrientation System)精确初始对准的问题,结合遥感成像的实际作业情况,在分析影响传递对准精度和速度的误差源的基础上,提出一种利用载机爬升段进行分布式POS传递对准的方法,并与多种机动方式进行对比.半物理仿真结果表明:利用遥感载荷作业现有条件能够获得数学平台失准角和安装误差角的准确快速估计.研究结果可为机载分布式POS传递对准方案的选择和设计提供理论参考.

机载对地观测飞行轨迹设计与对比分析

针对机载对地观测载机长时间匀速直线飞行时分布式位置姿态测量系统(POS)姿态误差随时间积累的问题,基于载机有效机动能够提高分布式POS系统可观测度进而提高系统估计精度的思想,设计并对比多种机动方式下分布式POS系统的估计精度,并对机动后分布式POS系统进入测区前的滤波估计稳定时间、直线飞行成像时长和全球定位系统(GPS)基线长度进行了测试。仿真结果表明,设计的飞行轨迹能够提高成像段运动参数的测量精度,可为机载对地观测最优飞行轨迹的选择和设计提供理论指导。

POS实时监控软件多线程通信设计及实现

为实现对机载POS(position and orientation system)的实时监控,提出POS实时监控软件的设计。针对POS系统大容量的数据传输以及系统复杂性导致单一通信方式无法有效完成对机载POS的监控任务的问题,提出多线程通信方法。针对高速、大容量的数据传输问题,采用Windows Socket控件建立基于TCP/IP协议的以太网通信;针对实时系统状态监控问题,利用MSComm(Microsoft communications control)控件设计串口通信。与机载POS的联调测试结果表明了该设计的可行性和有效性。

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。

一种改进的挠性陀螺POS标度因数误差补偿方法

针对航空遥感的作业环境特点,分析了一类位置姿态测量系统(position and orientation system,POS)用挠性陀螺的标度因数与输入角速度之间的关系。通过实验发现了在小角速率范围内陀螺标度因数与输入角速度呈规律性的"双曲线"关系。提出了一种改进的多位置动静混合误差标定与补偿方法。首先根据输入角速度的正负分别标定陀螺标度因数并建立两者的对应关系,然后在误差补偿时根据输入角速度的方向和数值变化更新标度因数及其他误差系数,进而提高误差补偿精度。实验结果表明,利用改进方法进行误差补偿后POS角测量精度可以提升约20%。

一种实用化的机载线阵推扫成像光谱仪

在航空遥感中,线阵CCD传感器的应用越来越广泛,但是由于航空平台的姿态变化比较剧烈, 导致线阵CCD传感器影像很难处理和应用。详细描述了自行研制的一种实用化的线阵推扫成像光谱仪系统,并对飞行实验影像进行了处理,结果满足设计要求。

国产高精度POS精度测试方法研究与试验分析

设计研究了国产高精度POS系统的精度测试方法,通过与POS/AV 610同步集成数字航测相机开展精度测试,对飞行平台进行改装,在满足试验环境一致性的条件下,分别采用直接对比方法与航测成图方法进行精度分析,测试验证国产POS系统的测量精度以及航测成图精度,为国产高精度POS系统的研制与应用提供精度验证手段。试验结果表明,国产POS系统在测量精度方面基本达到POS/AV 610水平,利用国产POS辅助航空摄影,影像分辨率为10 cm时可以满足1∶1 000比例尺成图精度要求。

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。