机载SAR运动补偿残余误差建模及影响分析

在基于运动传感器测量数据的机载SAR运动补偿方法中,IMU/GPS测量误差和地物定位误差等非理想因素的存在会导致相位补偿量的不准确,进而引入残余运动误差,影响SAR图像质量.本文针对IMU的各项测量误差、系统延时误差、多普勒中心频率误差、参考DEM误差等影响轨迹测量和地物定位精度的具体因素展开研究,建立了上述因素与残余运动误差之间的函数关系.该函数关系显示,残余运动误差主要来源于航迹测量误差和地物定位误差,航迹测量误差主要根源于IMU/GPS测量单元中加速度计的常值漂移和IMU关于姿态角的测量误差,地物定位误差主要根源于参考DEM误差等因素.本文通过建模分析,完成了对机载SAR运动补偿精度退化机理的研究.     

一种发射车快速精确定位定向技术的研究

目前发射车的定位定向普遍采用GPS、惯导及寻北仪等测量方法或后方交汇解算方法。测量法易受干扰、精度低而且寻北时间长;而解算法没有研究经纬仪存在姿态倾角时测量点三维坐标及载体姿态角的求解问题。本文提出了一种新的导弹发射车快速精确定位定向的方法:首先利用捷联安装在车体上的光电探测器,分别探测地面上三个坐标位置已知的靶标,得到三组方位角和俯仰角,并结合车载导航设备给出的发射车概略坐标、姿态角信息解算出发射车更精确的坐标、姿态角。通过实验研究论证,表明此方法具有速度快、精度高、自动化及智能化程度高的特点,能够有效缩短发射车准备时间、提高导弹发射的反应速度。     

潜航器高度和载体姿态测量误差对地形匹配定位的影响研究

围绕潜航器距海底高度及其姿态测量误差对地形匹配定位的影响展开研究。首先,利用改进的步长迭代法 和双三次内插法,实现水下声线的定位仿真;随后采用蒙特·卡洛模拟方法定量分析高度、姿态角测量误差对地形 匹配定位精度的影响,进而构建数学函数模型用于描述姿态角、高度与匹配定位精度的关系。最后通过实验,验证 该方法的有效性。结果表明,文中建立的模型预测地形匹配误差,可靠性为８１．３３％,并且其模型计算的定位误差限 差的适用性为９８％。     

北斗与GPS双系统测姿研究

在研究既有算法的基础上,编程实现使用北斗数据求解载体的三姿态角,并通过与同源GPS数据解算结果对比分析,利用统计方法得到北斗数据解算结果的精度、稳定性和控制粗差能力等信息。为了验证试验结果,选择不同时段、不同地点进行了3次重复试验,结果表明,北斗系统在载体姿态应用中具有较高的精度和稳定度,在一些情况下甚至优于GPS系统。算法上,本文采用卡尔曼滤波进行基线解算,LAMBDA算法求解整周模糊度,能够达到高精度的在航解算能力。     

低空机载LiDAR点云定位误差分析

低空机载LiDAR因其系统的复杂性,点云定位精度受很多系统误差影响。为了研究改善点云定位精度的方法,文中根据LiDAR定位误差模型综合分析航高、扫描角、IMU姿态角、姿态角误差等对点云定位误差的影响,并根据误差影响规律分析得出不同地形测图比例尺对飞行参数的要求。通过长江中下游实测地区作业验证,建议设置飞行参数得到的点云定位精度符合精度要求。     

一种基于实践九号卫星的快速系统误差补偿技术

直接利用光学遥感卫星的严格成像模型对地面点进行定位,定位误差与卫星姿态测量误差有关,其中包括地球自转引起的偏流角误差和姿态角常差。偏流角误差可以根据星历数据予以有效消除,而姿态角常差一般要利用少量控制点进行消除。基于此,在消除偏流角的影响下,这里采用了一种改进的四元数算法——P-H算法用于快速计算姿态角常差,并对系统误差进行补偿。该技术较常用的欧拉角解算,具有原理简单,计算速度快和结果稳定的特点。通过实践九号卫星影像的实验表明,运用该技术能快速和大幅度提高卫星在稀少控制点情况下的定位精度。     

车载三维数据采集系统的绝对标定及精度分析

针对GPS/INS/CCD相机集成的车载三维数据采集系统,给出了系统精确的直接定位方程,并将罗德里格矩阵用到系统的绝对标定中,推导了定位方程中所需的相机坐标系和惯导载体坐标系之间的平移与旋转参数的求解公式.然后,根据误差传播定律,推导了X、Y、Z三个方向上的坐标误差公式及点位误差公式.实验结果表明,本标定方法意义明确,计算过程简单,具有较高的标定精度,对实际应用具有重要的价值.     

单频GPS整周模糊度动态快速求解的研究

提出了一种动态快速求解整周模糊度的方法,即先对系数阵进行QR分解,然后通过矩阵变换使模糊度参数和位置参数分离,从而降低矩阵的维数,满足实时动态求解的要求,最后应用LAMBDA方法搜索模糊度。为验证该算法,用单频GPS接收机进行了静态定位和动态定位两种试验。结果表明,静态定位误差小于1cm,动态定位误差小于3cm。由此可见,该方法能够为动态用户快速而精确地实施GPS单频动态定位。     

轻小型无人机飞控测姿数据辅助测图精度分析

针对轻小型无人机系统难以集成重量、尺寸较大的定姿定位系统,造成高精度传感器定姿定位数据缺失的问题,该文研究了基于无人机飞控系统定姿定位数据辅助测图的方法,统计分析了飞控系统姿态测量精度以及基于姿态数据辅助的测图精度。YS09无人机飞控系统姿态测量误差较大,姿态中误差低于±3°,航向中误差低于±5°。在直接地理定向的情况下,姿态角影响水平和高程测图精度,其中对平面精度影响小于0.1 H,对高程精度影响小于0.3 H;偏航角影响平面测图精度,影响约为0.098 H。结果表明:基于飞控姿态数据辅助测图精度较低,难以满足大比例测图的精度需求,仅适用于应急条件下对精度要求较低的测图需求。     

3DF GPS接收机测定姿态角的原理

本文论述3DF GPS接收机测定姿态角的原理。内容包括接收机的基本结构、测定姿态角的原理、误差源和精度分析。初期结果表明,测定姿态角的精度约为0.02°—0.05°。     

Low-cost attitude estimation with MIMU and two-antenna GPS for Satcom-on-the-move

We detail a low-cost method to estimate vehicle attitude for Satcom-on-the-move (SOTM) using micro inertial measurement unit and two-antenna global positioning system (GPS). The attitude is calculated by integrating gyros, while accelerometers and GPS are used as an aiding system to calibrate the gyro biases. In order to accurately eliminate the accelerometer errors induced by maneuvering accelerations, a sideslip compensation is proposed to calibrate the acceleration estimation derived from the GPS-measured velocity. An adaptive unscented Kalman filter is then developed to deal with the failure of the two-antenna GPS to provide the yaw and sideslip angles. When the yaw angle is unavailable and the vehicle is in straight motion, the yaw angle observation is substituted by velocity heading. During turning, the yaw angle observation is turned off and the yaw angle estimates are obtained from integrating gyros only. Meanwhile, the sideslip angle is estimated by differencing the yaw angle estimate and the velocity heading. The performance of the proposed method is demonstrated with driving tests, suggesting that this technique is a viable candidate for low-cost SOTM.     

基于GPS激光主动式定位系统定位方法研究

介绍了GPS激光主动式定位系统的硬件组成及功能,分析了该方法定位的基本原理,并对试验结果进行了分析,验证该方法的可行性及定位精度。利用系统在不同的流动站对目标利用系统同轴望远镜进行照准,发射激光获取不同流动站的距离,利用数字罗盘获取激光仪的姿态,GPS_OEM获得流动站点的GPS坐标。利用空间距离交会原理解算目标的3维坐标,为不易到达的测区提供技术方法。     

基于GPS独立定位的道路延伸方向地图匹配算法

针对目前的地图匹配算法普遍只能修正垂直道路方向的GPS定位误差,而对道路延伸方向的定位误差修正方法研究很少,仅有的研究成果应用又不理想的问题,本文通过定量分析GPS速度与定位误差的关系,设计了一种GPS位置修正基准的确定方法,据此设计了一种基于GPS独立定位的地图匹配算法,重点用于修正道路延伸方向的GPS定位误差。运用某大城市的实测GPS数据,进行了上述地图匹配算法的验证。结果表明,相比现有算法,利用文中设计的地图匹配算法获得的GPS定位精度明显有所提高,从而可为GPS数据用户提供更高质量的信息基础。     

GPS/Pseudolite/INS integration: concept and first tests

This paper discusses the introduction of pseudolites (ground-based GPS-like signal transmitters) into existing integrated GPS/INS systems in order to provide higher availability, integrity, and accuracy in a local area. Even though integrated GPS/INS systems can overcome inherent drawbacks of each component system (line-of-sight requirement for GPS, and INS errors that grow with time), performance is nevertheless degraded under adverse operational circumstances. Some typical examples are when the duration of satellite signal blockage exceeds an INS bridging level, resulting in large accumulated INS errors that cannot be calibrated by GPS. Such a scenario, unfortunately, is a common occurrence for certain kinematic applications. To address such shortcomings, both pseudolite/INS and GPS/pseudolite/INS integration schemes are proposed here. Typically, the former is applicable for indoor positioning where the GPS signal is unavailable for use. The latter would be appropriate for system augmentation when the number and geometry of visible satellites is not sufficient for accurate positioning or attitude determination. In this paper, some technical issues concerned with implementing these two integration schemes are described, including the measurement model, and the appropriate integration filter for INS error estimation and correction through GPS and pseudolite (PL) carrier phase measurements. In addition, the results from the processing of simulated measurements, as well as field experiments, are presented in order to characterize the system performance. As a result, it has been established that the GPS/PL/INS and PL/INS integration schemes would make it possible to ensure centimeter-level positioning accuracy even if the number of GPS signals is insufficient, or completely unavailable. Electronic Publication     

3Dsurs系统姿态精度分析

GPS是3Dsurs系统中关键传感器之一,用于测量车载平台的位置和姿态角。姿态角获取是3Dsurs系统关键技术之一,其精度决定系统所能达到的测量精度。本系统中使用NovAtel DL-4型双频、高精度、高采样率GPS,采用差分后处理方法,数据处理中利用三台GPS间固定位置关系进行约束平差,并采用滤波方法提高解算精度。多组实验结果表明:使用GPS测姿可获得较高精度,系统中三个姿态角的精度有差异,航向角的精度最高,横滚角和俯仰角的精度接近。     

影响机载激光扫描测高精度的系统误差分析

简要介绍了机载激光扫描测高技术的系统组成和发展现状，通过坐标转换技术建立起机载激光扫描对地定位的基本几何关系，并从这些几何关系出发，着重分析了动态偏心改正及动态时效误差对机载激光测高精度的影响，对不同的误差源如何影响定位结果的精度进行了讨论，最后给出模拟计算结果，得出了一些有益的结论。     

GPS/GALILEO偏航姿态异常对动态PPP的影响及其改正模型

当GPS、GALILEO卫星运行至与太阳、地球近似共线时,卫星很难维持名义姿态,将出现一段时间的偏航姿态异常。本文基于不同分析中心所提供的精密轨道和钟差产品,在卫星偏航姿态异常时期,设计不同姿态改正策略,选取全球分布的7个MGEX站10 d实测数据,分析了GPS、GALILEO卫星的天线相位中心改正、相位缠绕改正对观测值残差及动态PPP定位结果的影响。研究表明,在卫星偏航姿态异常时期,采用名义偏航姿态对GPS、GALILEO卫星观测值残差的影响可分别达到8和11 cm,在此期间,GPS/GALILEO卫星采用模型偏航姿态,与采用名义偏航姿态相比,动态PPP的E、N、U 3个方向的定位精度可分别提高13.30%、15.77%和12.98%,相较于剔除卫星策略,采用模型偏航姿态的动态PPP定位精度在E、N、U方向可分别提高5.399%、4.430%、5.992%。     

BDS星间单差法伪距单点定位精度分析

针对BDS星间单差伪距单点定位精度以及接收机钟误差影响定位精度的问题,该文分析了BDS非差、GPS星间单差、BDS星间单差的伪距单点定位的解算模型,研究了3种定位模式在观测时段内的卫星数、PDOP值以及伪距单点定位精度的差异,并对不同定位模式在同一时段内的定位结果与真值进行比较。实验结果表明:BDS星间单差定位结果的稳定与BDS非差结果相当,并且都略高于GPS星间单差的稳定性;从精度而言,BDS星间单差在E、N方向上精度相比其他两种定位模式得到了一定程度的提高,在U方向上精度介于其他两种定位方式之间。     

顾及卫星姿态的多系统精密钟差产品综合

国际GNSS服务(IGS)提供的GPS综合产品被广泛应用于各种高精度科学研究中. 随着各国卫星导航系统的发展,亟需研究针对多系统全球卫星导航系统(GNSS)产品的综合策略. 由于卫星姿态与钟差相互耦合,综合钟差时额外考虑姿态改正将进一步提高综合产品精度,因此研究了一种顾及卫星姿态的GNSS钟差综合策略,改正姿态后GPS综合残差最大可减小80%. 对142个IGS测站进行精密单点定位(PPP)解算发现,综合产品比单个分析中心产品更加稳定,东(E)、北(N)、高(U)方向的动态定位精度最大可提升22.7%、16.7%和18.3%. 相对于未顾及姿态改正的综合产品,顾及姿态改正的综合产品的动态定位精度最大可提升65.3%.      

Analysis of systematic error influences on accuracy of airborne laser scanning altimetry

The error sources related to the laser rangefinder, GPS and INS are analyzed in details. Several coordinates systems used in airborne laser scanning are set up, and then the basic formula of system is given.This paper emphasizes on discussing the kinematic offset correction between GPS antenna phase center and laser fired point. And kinematic time delay influence on laser footprint position, the ranging errors, positioning errors, attitude errors and integration errors of the system are also explored. Finally, the result shows that thekinematic time delay can be neglected as compared with other error sources. The accuracy of the coordinates is not only influenced by the amplitude of the error, but also controlled by the operation parameters such as flight height, scanning angle amplitude and attitude magnitude of the platform.