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。     

三天线GPS姿态解算误差分析

介绍了一种通过三个天线的GPS测量定位值来求解载体姿态参数的方法,通过坐标系的变换得到了载体三个姿态角的求解公式;用误差传递的分析方法得到了载体三个姿态角测量误差的表达式;通过对GPS定位误差的简化处理,得到了载体三个姿态角测量误差的简化表达式;给出了一定条件下GPS定位误差的三个姿态参数测量误差的仿真结果。     

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。     

GF-4卫星影像几何定位精度分析

几何定位精度是衡量卫星影像几何质量的一个重要参数。针对高分四号(GF-4)卫星静止轨道面阵成像特点,以Google Earth为参考基准,对在轨测试前后GF-4卫星多光谱相机影像几何定位精度进行评价。重点分析了影像几何定位精度与太阳方位角/高度角和卫星方位角/天顶角/姿态角之间的关系,同时探讨了卫星姿态角/成像时间对相机姿态角误差补偿参数的影响。研究结果可为进一步优化该类型卫星影像成像模型,实现高精度几何定位提供参考依据。     

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.     

车载激光扫描测量系统整体误差模型建立及其分析

影响车载激光扫描测量系统的点云定位精度的误差按来源主要分为测量误差、设备安置误差、数据处理误差3类。本文从车载激光扫描测量系统空间基准统一方程出发,推导了车载激光扫描测量系统综合误差模型,并分别研究了激光测距与测角、POS定位与定姿、激光扫描仪的安置参数及尺度因子等对激光脚点定位精度的影响规律。     

顾及姿态线性误差的微小卫星面阵影像在轨几何检校

微小卫星由于平台体积、重量、能源等限制，其上搭载的姿态、位置测量设备精度不高，导致其直接对地定位误差较大。通过对某微小卫星嵩山地区的多景面阵影像进行姿态角常差检校，发现姿态角系统误差随时间线性变化的规律。为了提高定位精度，本文提出一种针对面阵的顾及姿态线性误差的偏置矩阵和二维探元指向角几何检校模型。相对于传统的姿态角常差检校模型，本文方法考虑了姿态角系统误差随时间线性变化的规律。试验结果表明，经过内外方位元素检校后，卫星的定位精度从数十千米提升到十米以内，相对于传统的常差模型，本文提出的检校模型有效地消除了姿态随时间线性变化的系统误差。     

一种线面组合的水下地形匹配算法

针对当前面匹配算法中采用Hu矩描述海底地形特征时存在细节辨识能力差而导致定位精度较低等问题,提出了一种线面组合的水下地形匹配算法。首先,引入经典TERCOM算法作为线匹配算法,改进其相似性度量方法和匹配区的搜索策略;然后,构造一种基于几何相似性的面匹配算子,用于在地形基准图中选取实测地形模型面的最优匹配;最后,设计一种基于固定阈值的线面算子的组合策略,实现水下地形匹配定位。试验结果表明,相比基于Hu矩的地形匹配算法,本文所提线面组合算法的定位精度明显提高,且稳健性更强。     

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。     

地影期间卫星姿态四元数产品对北斗精密单点定位的影响分析

与分析中心保持一致的卫星姿态模型是精密单点定位(PPP)获得高精度定位的关键因素。本文基于武汉大学分析中心(WUM)提供的卫星姿态四元数产品,详细阐述了利用卫星姿态四元数计算偏航角的方法。针对卫星在太阳高度角较低的情况,分析了WUM对BDS-2/BDS-3所采用的姿态模型策略,并基于开源定位软件GAMP深入研究了不同的卫星姿态模型策略对BDS-2/BDS-3 PPP定位的影响。研究表明,在深地影时期,不一致的姿态模型会导致偏航角出现360°的差异,进而使相位缠绕和卫星天线相位中心改正出现分米级的偏差。在此期间,使用卫星姿态四元数产品,与名义姿态相比PPP的定位精度在东、北和天顶方向能分别提高约32%、29%和38%;相较于剔除姿态异常卫星策略(剔除远日点和近日点的卫星),PPP的定位精度在3个方向分别能提高约29%、25%和28%。因此,PPP用户应采用各分析中心提供的卫星姿态四元数产品进行天线相位中心改正(PCO)和相位缠绕改正,避免使用不一致的姿态模型导致PPP定位结果的可靠性降低。     

面阵图像定位精度提升方法研究

为了提升面阵相机成像定位精度,以吉林省松原市北部区域的机载面阵图像为实验对象,对成像过程进行误差分析与标定. 机载面阵相机成像存在由三个姿态角引起的定位误差以及由相机镜头畸变等因素产生的畸变误差. 针对以上问题,首先采用严密几何模型,得到面阵图像初步成像结果;然后,采用后方交会和多项式附加参数模型等方法解决内、外方位元素引起的误差问题,得到较为精确的定位结果;最后进行实验验证,测试结果表明,经过内、外方位元素的误差定标,能够控制在5 m以内的范围,精度提升94.37％,处理效果显著. 通过研究标定面阵成像过程中内、外方位元素产生的误差,提高了面阵相机定位精度,对面阵相机成像的应用和推广具有一定价值和科学参考依据.      

多系统融合单点定位先验和验后定权研究

针对多模全球卫星导航系统(GNSS)融合伪距单点定位随机模型难以精确构建的问题,在全球范围内选取了10个多GNSS实验跟踪网MGEX(Multi-GNSS Experiment)观测站连续7天的观测数据,将四大GNSS系统的观测值分为五类,比较了高度角模型、用户等效测距误差(UERE)模型及验后Helmert方差分量估计模型的伪距单点定位精度. 结果表明:在四系统融合伪距单点定位时,Helmert方差分量估计模型能提高定位精度,高度角模型定位精度优于UERE模型,其中基于高度角的Helmert方差分量估计模型结果最优.      

资源三号卫星多光谱影像的姿态角常差检校

针对资源三号卫星姿态角常差导致的多光谱影像定位精度降低的问题,该文在构建多光谱影像严格几何定位模型的基础上,提出了运用罗德里格矩阵建立姿态角常差检校方法;根据少量地面控制点求出姿态角常差构成的偏置矩阵后,使影像定位精度得到显著提高。实验结果证明,该方法具有较好的应用价值。     

一种简化视线向量修正的天绘一号卫星影像立体定位方法

根据天绘一号卫星三线阵传感器成像原理,构建了天绘一号卫星影像的严格成像模型。通过对卫星姿轨数据分析,提出利用一次线性函数拟合姿态数据,以抵消姿态数据中的高频和低频误差的影响;同时在视线向量修正模型的基础上提出了非指向角形式的简化视线向量修正模型,并分析了控制点个数及分布对定位精度的影响。实验表明,提出的简化视线向量修正模型可以达到视线向量修正模型同样的精度;在利用线性拟合后的姿态数据进行简化视线向量修正的立体定位时,4个地面控制点即可使X方向、Y方向和Z方向定位精度优于5 m。     

一种鲁棒的RFM模型定位精度优化方法

针对传统有理函数模型(RFM)系统误差补偿方法局限于姿态角误差小、相机视场角小的情况,提出了一种鲁棒性更好的卫星影像定位精度优化方法。该方法首先通过影像附带的有理多项式系数(RPC)计算出像元视线向量,再根据视线向量恢复出成像时刻虚拟外方位元素;然后对恢复的虚拟外方位元素构建误差补偿模型;最后根据控制点信息求解出模型参数后更新RPC文件。该方法从系统误差产生的原因构建补偿模型,可以规避传统方法的近似假设和条件限制。采用仿真数据和真实数据进行试验的结果表明:当姿态角误差较小时,该方法可达到与传统方法相当的精度;当姿态角误差较大时,可达到比传统方法更高的精度。     

航海图水深模型用于水下地形匹配定位的选取分析

系统分析了航海图水深模型(DDM)直接应用于水下地形匹配定位的可行性,给出了航海图DDM作为水下地形匹配基准图时比例尺的选取要求。首先,在经典TERCOM算法的基础上,构建基于航海图DDM的水下地形匹配定位算法;然后,将地形标准差不同的2个试验区均匀地划分为100个匹配区,并构建比例尺为1∶20 000到1∶200 000的航海图DDM;最后,分别以这些航海图DDM作为匹配基准图,进行匹配定位试验。试验结果表明:(1)改进后的TERCOM算法可以直接采用航海图DDM作为地形匹配基准图进行匹配定位;(2)为减少误匹配的发生,应选取比例尺大于1∶25 000的航海图DDM作为地形匹配基准图。     

地球静止轨道卫星数目对BDS单点定位的影响

针对相同条件下地球静止轨道卫星星历引入的测距误差约为中地球轨道卫星2倍的问题,该文分析了北斗导航系统中地球静止轨道卫星数目对定位的影响。采用实测数据在观测时段内可见的倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星的基础上,逐次增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星参与定位;对比分析了不同数目地球静止轨道卫星参与定位时位置精度因子值的变化,以及在北、东、高方向分量误差及总误差的内外符合精度。数据分析表明,按高度角逐次增加1~4颗地球静止轨道卫星时,系统的位置精度因子值有不同程度的改善,定位精度与增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星时基本相当;对高度角最小的地球静止轨道卫星降权处理,定位精度比未降权时提高。     

基于高度角的多路径改正模型在BDS相对定位中的应用

伪距观测值的精度对相对定位解算的收敛速度有很大影响。相关研究发现BDS伪距观测值中存在与高度角相关的多路径偏差,严重降低了伪距观测值的精度。通过EMD滤波和多项式拟合建立基于高度角的多路径改正模型对这类误差进行消除。实验结果表明,基于高度角的多路径改正模型可以有效提高伪距观测值精度,加快相对定位结果收敛速度,改正后四个时段的2 h定位结果精度分别提高了64.1％、43.9％、35.3％、66.0％。      

海洋大地基准点位置标定误差影响因素分析

针对海洋大地基准点位置标定的各项误差影响因素难以直接线性化为数学模型的问题，该文基于我国首个深海海底大地基准点的标校试验数据(水深3 000 m),利用公式推导结合数值方法定量分析了主要误差因素对海底定位精度的影响。声速误差对海底定位精度的影响很大，其中影响约为0.3 m的声速短周期时变误差难以消除；航迹几何结构对称性会对定位结果精度造成分米级影响；测船位置的系统偏差对海底定位结果具有等量级的影响(小于0.2 m);测船姿态的系统偏差在5°以内时影响小于0.4 m;观测值时标误差在0.5 s以内时影响为厘米级；时延测量值系统偏差小于0.1 ms时仅在垂向造成0.11 m的影响。为实现准确度优于2 m的海底绝对定位目标，测船航迹结构应保持对称，声速剖面精度应优于0.1 m/s,测船位置精度应优于0.1 m,时延观测值精度应优于0.1 ms,并对姿态测量安装角、杆臂矢量偏心值和观测数据时标偏差进行严格标定。     

机载激光雷达系统定位精度分析

从机载激光雷达系统误差的产生机制出发,分别对姿态角误差、DGPS误差、瞬时扫描角误差、激光测距误差对激光脚点定位精度的影响进行定量的分析,从理论上分析了机载激光雷达系统的定位精度。本文的结果对实际应用具有重要的参考价值。