航空攝影測(cè)量中POS系統(tǒng)高精度定位技術(shù)

高曉軍

摘 要：航空技術(shù)和飛行器設(shè)計(jì)制造水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，使航空科技的應(yīng)用范圍更加廣大和寬泛，其中利用航空技術(shù)而開展的攝影測(cè)量工作就是極為典型的應(yīng)用代表。而在空中對(duì)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行定位就需要擁有一個(gè)高精度和先進(jìn)定位技術(shù)的控制系統(tǒng)來操控，這就是POS系統(tǒng)，其定位的精準(zhǔn)程度和相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用水平都很高，得到了很多人的青睞，本文就著重分析這種系統(tǒng)的定位功能和類型，以及具體的實(shí)踐應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：航空；攝影測(cè)量；POS系統(tǒng)；高精度；定位技術(shù)

引言

POS系統(tǒng)的本質(zhì)就是為了攝影測(cè)量提供定位性質(zhì)的輔助服務(wù)和相應(yīng)的技術(shù)支持，其系統(tǒng)內(nèi)部的組成架構(gòu)較為合理而簡(jiǎn)單，用于高空作業(yè)環(huán)境中是極為合適的，能夠迅速精巧的針對(duì)所需要進(jìn)行攝影和測(cè)量的目標(biāo)進(jìn)行跟蹤式的定位，并且實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的定位操控，簡(jiǎn)化了測(cè)量工作所需的程序和流程，提高了測(cè)量工作的效率和獲取定位信息的精準(zhǔn)性。

1航空攝影測(cè)量中POS定位技術(shù)類型

1.1 POS直接定向法

利用航空技術(shù)為載體的攝影和測(cè)量工作，在這個(gè)過程中最關(guān)鍵的要點(diǎn)就是要利用POS系統(tǒng)的功能進(jìn)行方向上的確認(rèn)和最終定位?？梢愿鶕?jù)不同參照物體來確定相對(duì)位置，或者開展內(nèi)部方向定位、外部方向定位等定位操作。利用系統(tǒng)來完成定向定位之后，就可以通過攝像獲取的目標(biāo)形態(tài)來分析其具備的各種方位性要素和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，尤其是內(nèi)外部定位要素節(jié)點(diǎn)以及在空間中的相對(duì)位置信息之間存在的關(guān)系是這種直接性質(zhì)的定向方法內(nèi)容中的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，這些獲取的參數(shù)和數(shù)據(jù)信息能夠用來確立測(cè)量和攝影的目標(biāo)對(duì)象，并且獲得到相應(yīng)的準(zhǔn)確定位信息，根據(jù)數(shù)據(jù)核算方法和推算就可以得知目標(biāo)對(duì)象在相對(duì)的空間位置中的實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)存在的誤差和偏差進(jìn)行更正以及修改，達(dá)到最高的精度標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的相關(guān)數(shù)據(jù)和元素坐標(biāo)，這種測(cè)量模式和方法最適用在地圖測(cè)繪比例尺不高，而且攝影測(cè)量的工作環(huán)境很差的情況下，以及對(duì)于精度方面的要求不是很高的工作中。

1.2 POS輔助空中三角測(cè)量法

這種方法的主要做法就是將系統(tǒng)通過定位分析得出的坐標(biāo)和元素要點(diǎn)等相關(guān)信息和數(shù)據(jù)作為已知的帶權(quán)狀態(tài)下的觀測(cè)數(shù)值，以此為基礎(chǔ)來獲得高精準(zhǔn)程度的方位要素，這種方法需要大量的集成性質(zhì)的傳感設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量的目標(biāo)，能夠利用POS系統(tǒng)內(nèi)部獲取的直接測(cè)量定向而得到的三個(gè)姿態(tài)性角元素，以及外部方位定向元素所代表的三個(gè)角元素，將它們進(jìn)行轉(zhuǎn)化和互換，這種方法關(guān)鍵在于元素之間的轉(zhuǎn)換，且精度要求比其他方法高。

2航空攝影測(cè)量中POS系統(tǒng)高精度定位技術(shù)的應(yīng)用

2.1擬定適當(dāng)方案

航空攝影之中，POS被設(shè)定成必備的載體，可以拍攝照片，它凸顯了不可替換的攝影價(jià)值。POS范疇內(nèi)的新穎技術(shù)，含有GPS、常用慣性導(dǎo)航，二者被整合在一起。對(duì)于不同裝置，設(shè)定好的精度水準(zhǔn)都會(huì)有著差異；與此同時(shí)，POS涵蓋著的偏差長(zhǎng)度，也會(huì)影響照片。各類的攝像機(jī)擬定的側(cè)重點(diǎn)、拍攝得出來的精度都含有差值。POS融匯了導(dǎo)航思路、DGPS這一新穎思路，擁有二者共性。它搭配的硬件，含有定位配件、微機(jī)處理配件、依托慣性的導(dǎo)航；對(duì)應(yīng)著的軟件，設(shè)定了后續(xù)處理。依托微機(jī)體系，獲取關(guān)聯(lián)的信息。獲取坐標(biāo)以后，把它與擬定好的坐標(biāo)予以對(duì)比，獲取偏差參數(shù)。POS路徑下的運(yùn)算定位，含有雙重步驟。在第一步內(nèi)，可得的信息涵蓋了IMU、DGPS雙重的信息。選取濾波算法以便存留這樣的信息。在第二步中，選取存留下來的這類信息，依托平滑濾波予以后續(xù)的運(yùn)算。糾正開環(huán)偏差，獲取最優(yōu)參數(shù)。

2.2定位必備的濾波運(yùn)算

2.2.1新式定位濾波

在定位體系內(nèi)，卡爾曼特有的濾波裝置查驗(yàn)得到多樣的數(shù)據(jù)，包含定位數(shù)據(jù)。從這一視角看，定位時(shí)的精準(zhǔn)性緊密關(guān)系著測(cè)得的數(shù)值，凸顯偏大影響。除此以外，IMU這樣的精度也被提升，應(yīng)當(dāng)標(biāo)定補(bǔ)償?？梢院?jiǎn)化慣用的模型，采納事后處理?？柭鼮V波表現(xiàn)出來的特性，關(guān)系著狀態(tài)維數(shù)、現(xiàn)有的存儲(chǔ)量。因此，應(yīng)能縮減初始的這類維數(shù)。

2.2.2解析平滑濾波

對(duì)于搜集信息，可以事后解析。飛行攝影之中，POS緊密銜接起了各時(shí)段的搜集信息，充分予以運(yùn)用。在很大程度上，它增添了固有的體系精度。固定區(qū)間以內(nèi)，采納平滑算法，延展得出新穎的流程及算法。著手去運(yùn)算時(shí)，還應(yīng)算出原有的卡爾曼濾波。在這種根基上，算出這一區(qū)段內(nèi)的其他關(guān)聯(lián)數(shù)值。這類算法精準(zhǔn)，適宜系統(tǒng)運(yùn)算。詳細(xì)而言，設(shè)定了N這樣的導(dǎo)航時(shí)段、t這樣的時(shí)間隔斷。在初始時(shí)點(diǎn)上，后續(xù)N時(shí)段內(nèi)都應(yīng)分別去解析誤差，算出估測(cè)數(shù)值。經(jīng)過估測(cè)以后，儲(chǔ)存這樣的數(shù)值，以便算出固定范疇內(nèi)的平滑值。采納這類途徑，要求微機(jī)之內(nèi)含有更大的存留空間，常用事后處理。

2.3創(chuàng)設(shè)濾波模型

在POS架構(gòu)內(nèi)，依托濾波器來識(shí)別明晰的定位，設(shè)定精準(zhǔn)定位。創(chuàng)設(shè)系統(tǒng)模型，關(guān)系著更大范疇的濾波結(jié)果。針對(duì)航空背景，擬定誤差建模。POS預(yù)設(shè)了更高水準(zhǔn)的初始精度，為此必須予以標(biāo)定補(bǔ)償。IMU這樣的常用模型，可被簡(jiǎn)化處理，把它變更為隨機(jī)態(tài)勢(shì)下的常數(shù)數(shù)值，考慮白噪聲。事后處理之中，隨時(shí)都要存留各時(shí)段的狀態(tài)信息，同時(shí)存儲(chǔ)濾波。卡爾曼濾波凸顯的實(shí)時(shí)特性，關(guān)乎存儲(chǔ)總量及設(shè)定好的維數(shù)。簡(jiǎn)化塑造模型，減小這類維數(shù)，便利了隨時(shí)去存留信息。

2.4查驗(yàn)運(yùn)算效果

對(duì)于雙向?yàn)V波，查驗(yàn)它的運(yùn)算成效。擬定了POS特有的測(cè)驗(yàn)體系，搜集了IMU、關(guān)聯(lián)的DGPS類別文件。這些文件之內(nèi)，含有流動(dòng)數(shù)據(jù)、飛行時(shí)的方位、飛行速率狀態(tài)，含有同步文件。依照選出來的精準(zhǔn)格式來妥善提取數(shù)值，設(shè)定雙向?yàn)V波。在測(cè)驗(yàn)范疇內(nèi)，陀螺表現(xiàn)出來的偏差穩(wěn)定特性為每小時(shí)0.1。加速度累積得出來的這類偏差，為0.0008克。接收機(jī)有著雙頻的特性；經(jīng)過差分處理，獲取了每秒0.1米的初始速率、0.1米的方位精度。運(yùn)算慣性導(dǎo)航，設(shè)定了50Hz這一精準(zhǔn)頻率；對(duì)應(yīng)著的輸出頻率，包含5Hz。濾波組合周期，設(shè)定為0.3秒。

經(jīng)過驗(yàn)算可得院雙向?yàn)V波顯現(xiàn)出來的整體偏差，對(duì)比前向偏差是顯著縮減的，誤差均方差也被縮減。這類縮小偏差，含有濾波位置、相關(guān)速率信息。這就可以表明：雙向?yàn)V波凸顯了更為優(yōu)良的總精度。飛行試驗(yàn)含有更大的波動(dòng)傾向，在局部區(qū)段內(nèi)改善并不凸顯；但綜合來識(shí)別，可以提升精度。

結(jié)束語：

POS輔助航空攝影測(cè)量是對(duì)傳統(tǒng)攝影測(cè)量技術(shù)的重要革新，融合了IMU慣性測(cè)量和差分GPS定位技術(shù)，在攝影測(cè)量過程中，可以直接獲取攝影光束曝光瞬間的空間位置和姿態(tài)，代替了傳統(tǒng)攝影測(cè)量野外控制點(diǎn)的布設(shè)和觀測(cè)工作，降低了制圖成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。然而由于現(xiàn)有科技和理論研究的局限性，POS輔助航空攝影測(cè)量仍然存在很多不足，直接影響到觀測(cè)結(jié)果的精度。隨著科技的發(fā)展及理論研究和技術(shù)研究的逐步深入，POS輔助航空攝影測(cè)量技術(shù)的工藝會(huì)不斷改進(jìn)，精度會(huì)不斷提高，應(yīng)用前景將更為廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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