三维坐标转换参数估计的平方根矩阵法

针对三维坐标转换模型参数估计的核心是旋转矩阵的表示方法这一客观事实,该文通过对现有三维坐标转换模型中不同旋转矩阵的表示方法进行研究,依据任何一个方阵都可以惟一地分解为一个对称矩阵与一个反对称矩阵之和的矩阵理论,提出了一种使用反对称矩阵表示旋转矩阵的新方法,并详细推导了基于布尔莎模型的三维坐标转换算法——平方根矩阵法;最后,根据文献算例对该方法进行实验分析。实验结果表明,该算法适用于大旋转角,且相较于方向余弦法、罗德里格矩阵法和单位四元数法具有计算收敛速度快、精确度高的优点。     

基于单位四元数的空间后方交会解算

介绍四元数的概念及运算性质,提出基于单位四元数的空间后方交会解算方法并给出计算公式。该方法利用单位四元数表示旋转,根据最小二乘原理,通过矩阵运算先求出单位四元数解析解,再获取旋转矩阵,得到角元素值;最后求出撮站点的坐标。此法不需提供外方位元素初始值,并且推导过程中不涉及共线条件方程的线性化。通过算例证明方法的正确性与可靠性。     

大角度三维坐标转换参数的一种迭代解法

针对传统的三维坐标转换模型局限于求解小角度的三维坐标转换参数的缺点,该文利用反对称矩阵和罗德里格矩阵的性质,推导了一种迭代计算大角度三维坐标转换参数的方法.该文算法计算公式简单明了,计算过程中避免了复杂的三角函数运算,计算速度快,无需事先知道参数的近似值,易于编程实现.最后通过算例分析验证了该文算法的正确性和有效性.     

基于单位四元数的三维坐标转换新方法

在大角度三维坐标转换问题中,公共控制点三维坐标在两套坐标系下均存在误差,本文研究了基于单位四元数法的三维坐标转换方法,引入总体最小二乘方法,建立总体最小二乘单位四元数法三维坐标转换新模型。实例计算分析表明,与传统的单位四元数法三维坐标转换相比,该方法可以得到更合理的转换模型和更高精度的转换参数。     

大角度三维基准转换的解析封闭解

传统大地测量应用中的基准转换往往涉及小角度旋转,可只考虑旋转角的一阶量采用线性化方法求解。现代空间测量技术成果应用的基准转换涉及大角度旋转,通过将旋转矩阵所有元素作为未知数并利用旋转矩阵正交条件采用附约束条件平差法迭代求解。本文以空间三维基准转换为例,采用多元模型的矩阵形式将多点坐标组成矩阵处理,并利用旋转矩阵的正交条件导出了大角度三维基准转换的解析分步解。同时引入两套公共点坐标误差对传统三维基准转换模型扩展,导出了同时顾及两套公共点坐标误差的大角度三维基准转换模型的解析解。试验表明:给出的大角度三维基准转换解析解能在实现与传统迭代解等效转换结果的同时,有效避免复杂耗时的迭代计算,提高计算效果。     

基于矩阵分解的可分离非线性最小二乘问题求解方法及其应用EI北大核心CSCD

针对可分离非线性函数模型的特殊结构,本文使用变量投影法(VP)将线性参数与非线性参数分离开来,并分别与矩阵的满秩分解、QR分解、奇异值分解和施密特正交化相结合,对两类参数分别求解,缩短了计算机解算方程组的运算时间,使算法更加高效,同时也使得具有一定病态程度的方程组在解算过程中保持相对较好的稳定性。本文利用Mackey-Glass时间序列拟合试验和空间直角坐标转换参数解算试验对比分析了基于不同矩阵分解方法的算法优劣性。试验结果表明,基于矩阵分解的改进变量投影法具有高效的运算效率与稳定的解算过程,也适用于解算空间直角坐标转换参数问题。     

多元总体最小二乘在三维坐标转换中的应用

为解决总体最小二乘(TLS)解算三维坐标转换时旋转矩阵线性化导致解算精度降低的问题,提出了能够直接求解旋转矩阵的多元总体最小二乘(MTLS)模型。为了验证多元总体最小二乘坐标转换解算效果,设置了各种坐标转换实验,并与总体最小二乘法进行比较。分析了旋转角度和尺度因子对解算精度的影响,并根据实验结果得出了以下结论:在大角度及独立等权观测条件下,多元总体最小二乘坐标转换解算精度优于总体最小二乘,且算法简单无需迭代,能够实现任意尺度的坐标转换。     

对偶四元数近景影像空中三角测量法

提出了一种对偶四元数近景影像空中三角测量方法,利用对偶四元数统一表示光线束在空间中的螺旋运动,近景区域网内所有光线束的角元素用对偶四元数的实部表示,所有线元素以对偶四元数的实部和对偶部分共同表示,最终建立对偶四元数空中三角测量平差模型,实现内、外方位元素和模型点物方坐标的解算。选用真实影像和大姿态角模拟影像开展了空中三角测量试验,试验结果证明对偶四元数近景影像空中三角测量方法能获得较高的精度。     

基于单位四元数描述的单像空间后方交会

在3维空间里,四元数可以非常方便地表示空间方位、空间向量间的旋转、平移和缩放等关系。将四元数理论引入到摄影测量领域,用单位四元数对坐标旋转矩阵进行描述,提出了一种采用单位四元数描述航摄像片位置与姿态的单张像片空间后方交会新方法。该方法与传统方法相比,在平差时避免了频繁的三角函数运算,不仅收敛速度快,而且精度高。     

基于单位四元数描述的单像空间后方交会

在3维空间里,四元数可以非常方便地表示空间方位、空间向量间的旋转、平移和缩放等关系.将四元数理论引入到摄影测量领域,用单位四元数对坐标旋转矩阵进行描述,提出了一种采用单位四元数描述航摄像片位置与姿态的单张像片空间后方交会新方法.该方法与传统方法相比,在平差时避免了频繁的三角函数运算,不仅收敛速度快,而且精度高.     

一种适用于大角度的三维坐标转换参数求解算法

针对传统的三维基准转换模型局限于求取小角度的三维基准间转换参数的缺点,提出了一种适用于大角度的三维基准转换参数求解模型。利用实测数据和模拟数据对此模型进行了验证,结果表明,所提出的算法适用于任意角度的三维基准转换,既可利用传统的最小二乘方法估计坐标转换参数,又可利用整体最小二乘方法进行参数求解,可靠性高,解算速度快。     

求解三维坐标转换参数的整体最小二乘新方法

针对求解三维坐标转换参发中存在的问题,提出了一种在EIV模型下使用整体最小二乘迭代法求解三维坐标转换参数的新方法。该方法只对系数矩阵中含有误差的元素进行改正,也可使系数矩阵中不同位置的相同元素具有同样的改正数。给出了运用新方法求解三维坐标转换参数的实例,并验证了新方法的可行性。     

利用四元数描述线阵CCD影像的空间后方交会

将四元数理论引入高分辨率线阵CCD影像的空间后方交会解算中,提出了一种利用四元数描述线阵CCD影像的单片空间后方交会方法。该方法利用四元数描述角度旋转矩阵,对严格的共线条件方程进行线性化,并采用正则化的数学方法克服线阵CCD影像外方位元素的相关性。试验证明了本算法的正确性和可靠性。     

基于罗德里格矩阵的空间坐标转换

三维坐标转换一直是测量领域的一个重要内容。针对现有算法普遍存在的不适用大旋角转换、计算繁杂等缺点,从旋转矩阵的表达方式入手,提出了一种基于罗德里格矩阵的三维坐标转换方法。算例分析表明,文中方法无需线性化,计算简便,且能适用大旋角转换。     

多元总体最小二乘在大旋转角三维坐标转换中的应用

传统的Bursa七参数模型坐标转换方法在大旋转角应用中存在不足,且未考虑到随机误差。基于EIV模型的多元总体最小二乘方法,不仅考虑了系数矩阵和观测值的随机误差,而且直接通过奇异值分解求解坐标旋转矩阵,大大简化了计算步骤,无须迭代计算。推导了多元总体最小二乘的坐标转换公式,设计了转换算法,并利用模拟数据对大角度三维坐标转换进行了验证。结果表明:多元总体最小二乘方法比基于Gauss-Markov(GM)模型的最小二乘方法的精度更高,且无须迭代计算,计算过程更加高效。     

移动机器人SLAM位姿估计的改进四元数无迹卡尔曼滤波EI北大核心CSCD

在全自主运动控制的移动机器人系统中,自身位姿的估计和校正对于移动机器人的运动至关重要。卡尔曼滤波是解决移动机器人同步定位与地图构建(SLAM)常用方法。相较于卡尔曼滤波,无迹卡尔曼滤波(UKF)无须对复杂的非线性函数进行雅可比矩阵运算。本文基于无迹卡尔曼滤波,根据先验协方差的平方根选择sigma点,计算协方差以及加权均值。用四元数表示姿态,将四元数矢量转换为旋转空间进行矩阵运算,在此基础上设计了一种位姿估计算法——基于四元数平方根的无迹卡尔曼滤波(QSR-UKF)算法。试验将EKF、QSR-UKF、SR-UKFEKF 3种算法的位姿估计结果进行仿真分析,并通过相关定量指标进行了描述,验证了本文算法的有效性。     

三维坐标转换参数求解的一种直接搜索法

采取了两步措施简化三维坐标转换非线性模型:①旋转矩阵的3个旋转角用一个反对称矩阵的3个独立元素代替,将旋转矩阵由反对称矩阵构成Lodrigues矩阵;②将坐标转换7参数模型变换成基线向量模型,消去平移3参数.然后,采用遗传算法与模式搜索法相结合的一种直接搜索法求解参数.算例表明,该算法是可行的.最后,从坐标转换精度的角度时基线向量模型原点与公共点的选取进行了分析,结论是原点选取的点的精度相对较高时坐标转换精度相对较高,公共点的选取以3～5个精度高的点为宜.     

基于单位四元数的无初值依赖空间后方交会

为解决基于欧拉角的传统空间后方交会算法对初值强烈依赖的问题,提出一种利用四元数描述姿态的解算方法。本算法采用单位四元数描述旋转矩阵,然后对严格的共线条件方程进行线性化,并按照带有约束条件的间接平差进行迭代解算。试验表明本算法的可靠性和稳定性不依赖于像片位置和姿态的初值,并具有迭代次数少和解算时间短等优点。     

基于四元数法的空间坐标转换模型初探

详细解释了四元数法中各元素的含义以及线性化函数模型的具体推演过程,提出了利用该方法解算坐标转换参数的算法步骤和参数的转换精度评价。利用实际工程构件的已知的两套坐标数据对四元数函数模型进行验证,通过对比转换后坐标与已知坐标可知,精度满足要求,方法可行。     

单位四元数和物方几何约束的绝对定向

针对传统绝对定向方法存在初值依赖从而导致解算精度不高的问题,该文提出了一种基于单位四元数和物方几何约束的绝对定向方法。该方法将模型点坐标视作观测值,用单位四元数表达两坐标系间的旋转矩阵,然后对三维空间相似变换公式进行严密线性化,对绝对定向参数附加距离、直线、平面等约束条件并按附有约束条件的间接平差模型进行迭代计算。模拟和真实数据试验表明:该方法运算速度快、鲁棒性强以及无初值依赖等优势。提出了一种基于单位四元数和物方几何约束的绝对定向方法,为摄影测量的绝对定向问题提供了一种新的思路。