航空摄影测量中POS系统高精度定位技术

航空摄影测量中摄影成像受飞行载体运动影响较大,因而对摄影机载运动测量传感器POS系统提出较高的精度要求。文中针对POS系统在航空摄影测量上的应用需求和特点,对POS系统的误差模型进行推导和分析,提出一种适用于POS的"双向滤波"算法。算法由前向卡尔曼滤波和反向固定区间平滑滤波算法(Rauch-Tung-Striebel,R-T-S平滑)组成,由此建立POS系统数据融合优化滤波器。通过实际飞行数据对算法进行验证,结果表明双向滤波算法定位精度优于传统卡尔曼滤波。     

基于GPS／BDS组合系统实现航测无人机动态定位

由于定位定向系统(POS)可直接获取航摄像片线元素与角元素,减少航测内外业工作量,提高航测作业的效率,无人机摄影测量已成为航空摄影测量的重要方式．常规实时动态(RTK)产品重量较大,难以应用于荷载有限的微小型无人机的POS系统．本文基于Doppler值修正伪距观测量,并联合平滑伪距与相位观测量实现无人机动态后处理定位(PPK)．实测数据结果表明,较之单系统,全球定位系统／北斗卫星导航系统(GPS／BDS)组合系统可充分满足无人机动态定位的精度需求,结合平滑伪距与相位观测量可改善PPK定位的精度与可靠性.      

智能车辆中MEMS/BD组合导航数据融合算法

智能车辆技术已成为国家优先发展的高新技术,以智能车辆组合导航数据融合算法为研究背景,利用无迹卡尔曼滤波(UKF)处理组合导航系统模型的非线性问题。在卡尔曼滤波过程中加入区间平滑技术,对既定区间的状态估计量进行平滑处理,校正滤波运算数据,提高非线性系统的导航精度。通过仿真实验验证了新算法能够较好地解决系统非线性问题,利用区间平滑技术得到更高精度的状态估计,提高导航精度,具有更好的鲁棒性。     

搭载POS的SWDC-4航摄试验分析

本文主要介绍了SWDC-4搭载POS的一次航飞试验情况,探讨二者集成工作的可行性以及POS精度的可靠性。通过传统空中三角测量(空三)加密方式与POS获取的每个摄站外方位元素进行对比与分析,探讨POS应用于SWDC-4的方式方法。结果表明:在精确检校出POS与相机安装的固定角度基础上,POS技术可以成功应用到SWDC-4相机上,而且有望取代空三加密的过程,大幅提高航测数据后处理的工作效率。     

顾及有色噪声影响的位置域双频载波相位平滑伪距算法

载波平滑伪距技术是一种有效的GNSS数据处理技术,在很多高精度实时定位场合得到了广泛的应用。本文在随机模型中考虑载波相位时间差分观测量中有限冲激响应有色观测噪声的影响,推导出采用递归最小二乘方法的距离域和位置域双频载波相位平滑伪距算法,并利用实测数据验证了新算法的有效性。试验表明,相位平滑伪距能够减小伪距观测值的误差,提高伪距观测量的精度,从而提高定位精度;相对于传统的算法,距离域与位置域滤波的伪距平滑精度均有提高,三维定位误差精度均得到改善;同时表明,载波相位时间差分的有色噪声对平滑效果和定位精度有一定的影响。     

多普勒平滑伪距在GPS/INS紧耦合导航中的应用

针对GPS/INS紧耦合导航中GPS伪距观测值精度较低的问题,提出了一种多普勒平滑伪距在GPS/INS紧耦合导航的应用算法。首先给出了GPS/INS紧耦合导航详细的动力学模型和观测模型,在载波相位平滑伪距的基础上推导了多普勒平滑伪距的具体算法和方差-协方差计算公式,并引入遗传算法对平滑因子进行最优估计;然后利用实测数据验证了新算法的有效性。结果表明,平滑算法能够有效提高伪距观测值的精度,从而提高组合导航的定位精度,相对于载波相位平滑伪距,多普勒平滑伪距的精度略有提高,而且多普勒平滑伪距不受周跳的影响,算法的效率更高。与此同时,伪距观测值精度的提高使其与伪距率观测值精度相当,增强了滤波系统的稳定性。     

增量式SFM与POS辅助光束法平差精度比较

针对计算机视觉领域中的增量式运动恢复结构和摄影测量学中的POS辅助光束法平差的精度进行了比较研究。首先介绍了SFM的基本原理与主要流程,并从理论上分析了两种方法的异同;然后针对定位精度进行了对比研究,分别利用嵩山遥感定标场的无人直升机和有人驾驶飞机的航摄数据进行了精度对比试验,结果表明:在不依赖POS数据的情况下,增量式运动恢复结构可以达到与POS辅助光束法平差相当的精度,两种方法均可以满足1∶500、1∶1000成图要求;最后,针对不同作业需求给出了航摄数据后处理参考意见。     

基于X-11-ARIMA模型在GNSS定位数据后处理的应用

定位数据分析及后处理是卫星导航定位系统在测绘和地灾监测应用中的关键环节. 通常,在卡尔曼滤波处理定位数据后得到的平滑数据,能够剔除噪声干扰得到贴近真值的数据. 但在长时间跨度的情况下,周期性发生的干扰难以在短时间内被识别和滤除,从而反映为一种频率较低的噪声波动. 假设该波动干扰存在周期性,以X-11分解时间序列分析方法进行数据处理,平滑后定位数据的方差从4.733减小至2.683,精度提高了43.3%. 并对拆分数据进行差分自回归移动平均模型(ARIMA)建模预测. 还原数据对比直接预测数据的分析结果表明:拆分后分别预测再整合还原精度高于直接预测5%～10%,可以应对平滑处理实时性差的问题.      

POS技术在平原地区1:10000 DLG生产中的外业控制点布设

POS(DGPS/IMU)技术能够获取航摄瞬间航片外方位元素,采用POS技术进行空三加密和DLG制作,能够节省大量的外业控制点,这对提高航测地形图生产效率,降低成本具有重要意义。本文主要研究POS技术在平原地区1:10 000地形图生产中的外业控制点布设。设计了二十三种外业控制点布设方案,采用集成传感器定向法进行空三加密试验,在实验结果的基础上选择精度符合要求的数据制作了一幅1:10 000DLG,并对其进行精度测试。通过试验和研究,提出了合适的外业控制点布设方案,为POS技术应用于大规模航测4D产品生产做好技术准备。     

基于精密单点定位的ADS40 POS数据处理方法研究

首先采用精密单点定位(PPP)对POS系统中的GPS数据进行解算,以提高GPS定位精度,然后将处理结果应用到POS辅助空中三角测量,并与传统的DGPS解算结果进行比较。实验表明:采用PPP解算结果进行POS辅助空中三角测量,其测图精度可以满足国家标准对1∶2 000地形图航空摄影测量内业规范的精度要求,一定程度上解决了无基站情况下的POS数据定位问题。     

机载激光雷达点云与定位定姿系统数据辅助的航空影像自动匹配方法

本文针对LiDAR点云和POS数据辅助航空影像的连接点自动匹配,设计了用于相关系数匹配的最佳匹配点位快速搜索算法;提出一种基于虚拟地面控制点的相机安置角误差自动检校方法,在此基础上自适应确定影像匹配搜索范围。试验结果表明,本文提出的最佳匹配点位快速搜索算法可在保证匹配正确性的情况下节省约25%的匹配耗时;相机安置角误差补偿方法能够有效地提高由POS数据计算的影像外方位元素的精度,从而明显改善同名点匹配时的点位预测精度;本文算法能处理多分辨率、多视角的交叉飞行航空影像,获得高精度的匹配结果。     

大范围倾斜多视影像连接点自动提取的区域网平差法

提出了一种大范围倾斜多视影像自动连接点提取和光束法区域网平差算法。首先利用POS数据对倾斜影像进行矫正并预测候选像对,使用SIFT特征进行影像匹配;然后利用并查集数据结构实现多视影像间连接点对应关系的快速确定;最后将POS数据和控制点数据作为带权观测值进行平差解算。选取3种典型的倾斜相机系统(组装轻量级倾斜相机、国产SWDC-5相机、微软UltraCam相机)进行了试验,结果表明,本文算法能够适应国内外流行的倾斜摄影系统,且一次性可处理的影像数目超过2000张;在相同条件下倾斜影像光束法区域网平差的整体精度优于传统垂直摄影情形,实际精度可以达到水平方向0.75 GSD,高程方向2.0GSD。     

北斗PPK技术辅助无人机航空摄影测量精度分析

由于受网络信号和基线长度限制,在南北极、远岸岛礁等地区,常用的GPS RTK技术无法应用于无人机航空摄影测量,且GPS并非我国自主的卫星导航系统,无法确保永久安全可靠。为此,本文探索利用我国自主建设的北斗三号全球卫星导航系统（BDS-3）,通过动态后处理（PPK）技术辅助无人机摄影测量,以解决上述问题。以大疆精灵4 RTK无人机为例,分别利用BDS-3、GPS及BDS-3+GPS组合观测值,对无人机POS数据进行PPK处理,分析在无地面控制点条件下,不同导航卫星星源对无人机航空摄影测量平面和高程精度的影响。结果表明：利用BDS、GPS、BDS+GPS组合对无人机单点定位POS数据进行PPK处理后,空三加密点平面定位精度由分米级提升至厘米级,高程精度由米级提升至分米级甚至厘米级,与引入5个地面控制点的定位精度相当。北斗PPK技术辅助无人机航空摄影测量满足平原地区1：500比例尺空中三角测量加密精度要求。     

电离层延迟变化自模型化的载波相位平滑伪距算法

传统的单频载波相位平滑伪距算法因受到电离层延迟变化的影响,容易出现平滑结果发散和精度下降的问题,而现有的解决方案对精度提高有限或需要外部精密电离层改正数据的支持。本文研究了电离层的变化规律并建立回归模型,在此基础上提出了一种自模型化电离层延迟变化的单频载波相位平滑伪距算法。此算法利用伪距和载波观测量中含有的电离层延迟信息进行电离层延迟建模,从平滑伪距中扣除了历元间电离层延迟变化值,有效避免了平滑伪距的发散问题。利用自编软件GNSSer实现了电离层自模型化的载波平滑伪距算法,并采用静态与动态实测观测数据进行了定位试验和精度分析。算例结果表明:①长时段常规Hatch滤波受电离层影响非常严重;②自模型化电离层延迟可达厘米级的精度,在30 min窗口内,使用线性移动开窗拟合法效果最佳;③自模型化电离层改正可以有效消除平滑伪距电离层影响,随着时段窗口的增加,精度没有降低;④利用本文提出的算法进行逐历元单频平滑伪距单点定位,在静态与动态的NEU方向都达到了亚分米级别的定位精度,其中,动态定位测试中水平和高程方向精度为6.25和10.4 cm,比原始伪距分别提高了5.4倍和3.3倍。     

利用差分GNSS获取高精度无人机影像外方位线元素

目前,微小型无人机遥感系统定位精度低,需要布设大量地面控制点,才能满足空三和测图精度要求,为提高无人机遥感系统影像的后期处理效率,文中研究利用差分GNSS模块,结合后差分算法提高POS数据精度,并通过位置标定、相机时间延迟改正等关键技术方法开展研究,最终获得高精度相机曝光时刻的位置信息,以此为基础,集成一套基于差分GNSS的无人机遥感系统。通过实验,最终实现以少量地面控制点获取高精度无人机影像外方位线元素,提高无人机影像后期处理效率,具有一定工程应用价值。     

折线光滑处理的三点算法研究

在地理信息系统（GIS）中,为了使地图线状要素数据的可视化有较高的质量,就需要对线状要素进行光滑处理。如何使得折线光滑后,让原始点更多地保留下来,是衡量该类地图数据精度的重要依据。本文提出了一种折线光滑处理的三点算法,该方法拟合精度高且算法简单,具有较强的实用性,可用于自动化制图、GIS等地图线状要素的绘制中。     

一种POS数据辅助多视角倾斜航空影像匹配方法

提出一种利用POS辅助多视角倾斜影像匹配的算法。首先,利用POS数据对倾斜影像进行近似核线纠正;然后,用SIFTGPU算法对纠正影像进行特征匹配,根据匹配结果计算出两张影像的水平和垂直方向视差进而求得其近似重叠区域;将重叠区域进行分块特征匹配,采用比值提纯法、视差约束和RANSAC算法等约束条件剔除误匹配;最后,将匹配结果通过POS数据反算回到原始影像上。试验结果表明,将POS数据应用到多视角倾斜影像匹配中,可快速获得比常规影像匹配方法数量更多、分布更均匀的匹配点。     

基于贝叶斯估计的平滑算法

基于贝叶斯估计的平滑算法是在事后处理的情况下,依据过去直至现在的观测值去估计过去的历史状态,以有效提高精度。而滤波是依据过去直至现在的观测值去估计现在的状态。从理论上讲,由于平滑用了所求估计时刻之后的观测值,平滑算法应比滤波优异一些。本文设计了2个实验仿真计算,在逼近效果和RMS等方面分别与Kalman滤波和双向滤波加权平均进行了比较。经实验证明,无论是逼近效果还是RMS,平滑算法都要更优一些。