一种补偿POS定位测姿系统误差的新方法

提出一种无需通过检校场而在POS辅助光束法区域网平差中自检校并消除POS定位测姿系统误差的新方法.在推导POS严密观测方程的基础上,给出了补偿POS平移和漂移系统误差的具体过程,研制了试验原型系统WuCAPS.通过对摄自中国营口市郊一平地1:2500和新疆沙漠地区一高山地1:32000两组比例尺影像的处理,检验了不同地面控制条件下POS辅助光束法区域网平差消除POS系统误差的效果.结果表明,对平地大比例尺影像在区域四角布设4个平高地面控制点、对高山地中小比例尺影像在区域中央布设1个平高地面控制点,POS辅助光束法区域网平差能彻底消除POS定位测姿的系统误差,测定的影像定向参数可满足航测地形测图的要求.这不但验证了所建立数学模型的正确性和方法的有效性,而且避免了使用POS系统须设立专门检校场的繁琐检校,简化了POS系统的现行操作规程、降低了使用成本,为POS系统的大规模使用奠定了理论基础.

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。

基于地理信息系统(GIS)的采煤机定位定姿技术研究

采煤机自主定位及其对煤层信息的感知是采煤机自动控制系统关键技术。以山西某煤矿18201工作面为试验地点,利用震波CT探测技术对工作面煤层进行了精细勘探,构建了工作面煤层地理信息系统。以具有自动寻北功能的惯性导航装置、轴编码器为传感元件,开发了基于工作面地理信息系统的采煤机定位定姿装置。经过工作面试验,采煤机定位装置可实时测量采煤机行走轨迹、截割轨迹及其与煤层顶底板关系,实现了采煤机在工作面煤层三维地质环境中的定位与煤层地质信息的感知。

POS支持的机载三线阵CCD影像立体定位技术

以我国自行研制的机载三线阵CCD相机为例,对基于POS的三线阵影像定位的成像模型、内方位的几何标定、外方位元素的解算以及直接定位和区域网平差方法进行了理论与实验研究。实验结果表明,利用GPS/IMU数据与摄影测量观测值进行联合平差,可以有效地克服相机内、外方位元素的系统误差,提高定位精度。

基于PP-RTX技术的机载POS定位精度分析

针对大面积及无基站地区航摄定位精度较低的问题,提出1种大范围高精度事后航摄定位解算的方法:结合全国7个地区9个架次直升机航摄轨迹数据,对事后实时扩展(PP-RTX)与多(单)基站事后差分解算结果进行比较;对基于PP-RTX技术和多(单)基站事后差分技术的机载定位定姿系统(POS)的定位精度分别进行分析,可知在水平方向、高程方向均达到9 cm以内的相对精度。实验结果表明,基于PP-RTX技术的机载POS定位能够满足航摄定位的精度要求,可为大面积及无基站地区航摄提供参考。

基于精密单点定位技术的机载POS定位精度分析

首先介绍了POS系统定位原理和精密单点定位的原理、数学模型,然后结合湖南某区六架次直升机航摄获得的惯导轨迹数据,对精密单点定位与多基站事后差分解算结果进行比较及定位精度分析,结果表明:精密单点定位相对于多基站事后差分定位在水平方向、高程方向可分别达到10 cm左右的相对精度。可为困难地区无基站航摄提供有益参考。

车载SINS-DGPS-里程计组合系统捷联起始姿态角确定方法

在有些特殊应用场合如车载移动测图系统,要求的是高精度的定位定姿结果而不要求实时性,针对这一应用特点,提出了使用DGPS的位置信息来纠正SINS的起始失准角误差,实际应用表明:该方法取得了较好的效果,可满足工程应用的要求。

GNSS/SINS/视觉多传感器融合的精密定位定姿方法与关键技术

全球导航卫星系统作为国家重要的空间信息基础设施,具备全球、全天候、高精度连续定位、导航和授时的功能,然而,到达地面的GNSS卫星信号非常微弱,存在遮挡、干扰和欺骗三大脆弱性问题,无法在电磁干扰、物理遮蔽等复杂环境下使用,为了保障国家PNT系统的坚韧性,提升导航与位置服务的能力,我国开始推进以北斗为核心的国家综合PNT体系建设,其中多传感器集成、多源异质信息融合是未来PNT技术的重要发展方向,也是从根本上解决单一导航系统局限性和脆弱性的有效途径,为了实现连续可用,精准可靠的PNT服务体系,迫切需要解决多传感器融合的精密定位定姿关键技术。论文主要工作如下。

视觉辅助惯性定位定姿技术研究

在利用视觉系统辅助捷联惯性导航系统(SINS)进行定位定姿时,由于两者输出的位置表示方法不同,在信息融合时会存在匹配问题。以相对地理坐标系作为定位定姿系统的导航坐标系,重新对SINS进行了力学编排,分析了其误差传递特性,建立了相对地理坐标系下的状态方程模型,并利用Kalman滤波器实现了视觉辅助惯性定位定姿算法。仿真结果表明,方法避免了信息融合时位置匹配问题,同时降低了系统的计算量,满足了定位定姿系统的精度要求。

机载线阵CCD相机的POS系统误差自检校

从直接定向技术的原理出发,分析了POS系统误差产生的原因,在此基础上建立了补偿POS位置、姿态测量误差的数学模型,并通过POS辅助多线阵影像光束法平差实现了对POS系统误差的一步法检校。ADS40数据的实验结果表明,检校IMU偏心角不需要控制点参与。引入同架次、同航高检校场的标定结果改正POS数据之后,POS辅助直接定位的精度可达1像元左右,接近常规光束法平差的水平。

基于DMI的定位定姿算法

本文提出了基于可量测影像序列的定位定姿算法，给出了进行定位定姿的线性观测公式和抗差卡尔曼滤波公式。以可量测影像上的地物投影坐标为观测值，解算出影像获取设备的位置和姿态。实际计算表明：在一定的时间内，基于可量测影像的定位定姿算法可以解算出相机的位置和姿态，且和GPS／IMU组合定位定姿传感器直接获取的位置与姿态具有等量的误差。

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。

多天线GNSS/INS组合定位定姿方法研究

随着科技的进步,移动测量系统得到了迅速发展。在一般的导航中,仅需要知道载体的位置,而在移动测量系统中,还需要知道载体的姿态。对载体姿态的测量,最直接的办法是采用惯性导航系统(inertial navigation system,INS)。INS可以高采样率输出载体的姿态、速度和位置,并可以在不与外界进行信息交换的条件下进行自主导航。但由于传感器误差的影响,INS的导航误差会随时间积累,需要对其进行修正。最常用的办法就是利用全球导航卫星系统(GNSS)与INS组成GNSS/INS组合导航系统。GNSS可以输出载体的速度和位置,导航精度稳定,但在观测条件不好的情况下,导航精度会受到影响或没有导航输出。GNSS/INS组合导航系统可以结合两者的优势,是一种常用的组合导航系统。本文对GNSS/INS组合定位定姿相关问题的研究如下。

基于高精度POS的航摄无人机大比例尺测图精度分析

定位定姿系统辅助航空摄影测量能够有效减少像控点布测数量,提升作业效率。本文通过一套搭载高精度POS设备的无人机航摄系统对某地进行航空摄影测量和数据处理,分析了不同像控点数量对成图精度的影响,验证了该系统能够依靠高精度POS设备,实现1∶500比例尺无像控点测图的精度要求。

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。

车载移动测图系统外方位元素标定方法

全景相机因其360°大视场、旋转不变性等优点,逐渐被用于构建车载移动测图系统。标定是保证系统获取精确地理信息数据的重要前提。本文针对全景相机和定位定姿系统(POS)集成的车载移动测图系统,提出一种外方位元素标定的方法。首先,在实际场景中布设高精度已知控制点。其次,构建全景球面模型,将全景影像通过球面投影反变换投影到该球面上,从球面上选择控制点而不是直接从存在扭曲的全景影像上选择控制点并得到其球面坐标。在建立点的相关性之后,结合地理参考绝对定位方程和坐标变换,求得全景相机相对POS的平移与旋转参数。最后,采用本文提出的标定方法,分别选择北京航天城和天津滨海新区进行试验。试验表明,GPS信号良好时,点的绝对定位中误差可达平面10.3cm、高程16.5cm;GPS信号不好时,点的绝对定位中误差为平面35.4cm、高程54.8cm;在较短距离范围内(<3km),距离量测相对误差最大为5cm左右,GPS信号对相对量测没有明显影响。

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。

用GPS观测量确定GEO转移轨道的用户卫星姿态

用GPS观测量确定像地球同步转移轨道(GTO)这类大椭圆轨道的用户卫星轨道和姿态在许多方面具有明显的优越性。例如对于航天器来说,敏感器可以减轻重量,缩小体积,降低功耗。从卫星测控方面来说,可以减少跟踪和测控任务的工作量,因而能降低运营成本。除了这些,也能提高发射和早期轨道阶段(LEOP)的遥控能力。

航空摄影测量影像定向的若干探讨

简要叙述了现行航空摄影测量的作业模式和关键技术要求，分析了直接利用航摄像片外方位元素恢复立体模型所得到的目标点物空间位置精度以及模型点的上下视差。经对带有双频动态GPS数据的1：2500～1：60000各种摄影比例尺的覆盖多种地形航摄像片的试验表明，由摄影测量加密所获取的影像外方位元素可直接用于4D产品生产中的影像定向，而由POS系统提供的影像外方位元素还难以直接用于摄影测量测图。

GPS/陀螺组合对小卫星姿态的最优估计

小型和微小型卫星可采用陀螺和GPS姿态敏感器组成最小定姿系统。分析了利用GPS姿态敏感器输出的姿态信息作为观测值的级联滤波结构，提出了一种以减少GPS姿态敏感器输出的姿态滤波值作为组合推广卡尔曼滤波器观测值的频率与在线识别噪声相结合的滤波算法，并通过仿真验证了该定姿算法的有效性。