Milne-Hamming线性多步法在求解姿态四元数微分方程中的应用

姿态微分方程的求解是SINS（Strap—down Inertial Navigation System）导航解算中一项重要的内容,对算法的稳定性、精度和计算量有较高的要求。引入了一种求解姿态四元数微分方程的新方法——Milne—Hamming线性多步预测校正方法,详细推导了应用此方法求解姿态四元数微分方程的过程。应用仿真数据和实测数据对此算法和四阶龙格-库塔算法进行了对比验证,结果表明Milne—Hamming线性多步预测校正方法是一种求解姿态四元数微分方程的有效方法,其稳定度明显优于四阶龙格-库塔算法并且计算量小。     

线性多步预测校正法在GLONASS卫星位置解算中的应用

GLONASS卫星位置解算是多系统兼容卫星导航接收机组合定位解算中一项重要的内容,对算法的稳定性、精度和计算量有较高的要求.引入了一种求解GLONASS卫星位置的新方法-Adams线性多步预测校正方法,详细推导了应用此方法进行卫星位置解算的过程.应用实际数据对此算法和四阶龙格-库塔算法进行了对比验证,结果表明:Adams线性多步预测校正方法是一种求解GLONASS卫星位置的有效方法,其稳定度优于四阶龙格—库塔方法,且计算量小.     

四元数在GPS船姿测量中的应用

为了对船体姿态进行高精度检测,介绍了四元代数的基础知识和性质及其在GPS船姿测量中的应用,得到了一种更为便捷的解算方法,对保障舰艇武备性能的发挥具有一定实际作用.     

线阵卫星遥感影像外方位元素对偶四元数求解法

基于对偶四元数可统一描述位置与姿态的特点,提出了利用对偶四元数求解线阵卫星遥感影像外方位元素的方法。该方法使用对偶四元数的实部描述传感器的姿态,并利用对偶部和实部共同描述成像传感器的位置。通过对位置和姿态的内插建立了基于对偶四元数的外方位元素模型。为减少运算,将球面线性插值进行化简,进而建立了基于线性插值的成像几何模型。为求解外方位元素,首先对共线条件方程进行了线性化,然后通过矩阵微分运算推导了线元素的虚拟观测方程,并根据误差传播定律确定其权值,最终采用具有约束条件的参数平差法求解外方位元素。试验结果表明本文方法正确可靠,与采用欧拉角和单位四元数的外方位元素求解方法相比,有更高的参数解算精度,同时也表明了准确的初值和虚拟观测方程对外方位元素求解的必要性。     

资源三号卫星姿态四元数系统误差检验方法

根据资源三号卫星严格成像模型,建立姿态四元数系统误差检验模型,通过对登封地区2景影像进行试验,利用不同控制点数量求解姿态四元数系统误差,将姿态进行系统误差改正后,可以使卫星直接定位精度大幅提高,验证了姿态四元数系统误差检验方法的正确性和有效性。     

四元数的核线影像生成方法

针对现有核线影像生成方法计算量大、计算复杂等缺点,该文提出了一种基于四元数的核线影像生成算法,建立了四元数核线影像模型。推导了四元数共面条件方程线性化误差方程式,在此基础上依次利用两个四元数消除基线分量,实现了原始影像到核线影像的坐标变换;相比于传统欧拉角核线排列算法,四元数在实现姿态描述唯一性的同时避免了繁琐的三角函数计算。利用航空影像和无人机影像进行实验,建立的核线影像上下平均视差在0.4个像素以内,核线影像前方交会的平面和高程精度优于1m,结果表明四元数核线影像模型基本上消除了上下视差,能够满足摄影测量立体观测的要求。     

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。     

单位四元数在航空摄影测量解算中的应用与实践

研究了单位四元数方法在航摄空中三角测量各个步骤中的应用,并对其算法稳定性和适用性作了评价。首先叙述了基于单位四元数构造旋转矩阵的方法,及基于单位四元数的相对定向模型的建立和解求方法;构建了基于单位四元数的光束法区域网平差模型。然后利用大量实际航空影像数据进行了相对定向和光束法区域网平差试验,并同传统的基于欧拉角构建旋转矩阵的方案进行了比较。试验结果表明,在相对定向试验中,若采取P-H算法,只需要最少控制点就能保证所有试验数据均可得到正确的解。而在光束法平差中,基于单位四元数的方法比传统方法的稳定性差,对摄影比例尺和控制点的数量较为敏感,导致部分试验数据无法正确收敛。     

基于单位四元数的机载三线阵影像光束法平差

为克服欧拉角在空间方位的描述和插值中的局限性,采用单位四元数来描述相机的姿态,推导了四元数描述的共线条件方程。在此基础上,提出了将四元数球面线性插值(Slerp)引入到三线阵影像定向片法平差的思想,通过利用Slerp公式进行相机姿态的匀速插值,建立了基于单位四元数的三线阵影像平差的数学模型并进行了线性化。两套ADS40数据的试验结果表明,在区域四角布设平高控制点的情况下,基于Slerp模型的定向片光束法平差在平面和高程方向均可取得优于1个地面像元(GSD)的定位精度,是三线阵相机检校和空中三角测量较理想的技术手段。     

对偶四元数法在稳健点云配准中的应用

针对点云特征点含有粗差的问题,提出了基于对偶四元数的稳健点云配准方法。遵循加权最小二乘原则构建了基于对偶四元数的稳健点云配准模型,运用拉格朗日乘数法推导了旋转矩阵和平移向量求解公式,研究了新权计算与坐标转换迭代步骤。实例证明,该方法能够有效识别并剔除粗差,提高点云配准精度。     

Cowell预测校正积分在GLONASS接收机中的应用

GLONASS卫星位置解算是GLONASS接收机定位解算的重要步骤,要求算法的精度高、运算量小、稳定性好。介绍了一种求解GLONASS导航卫星位置的新方法——基于Cowell预测校正积分的GLONASS卫星位置计算方法。采用实际数据对该算法和四阶龙格-库塔算法进行了对比验证。结果表明,该方法是一种高效的GLONASS卫星位置解算方法,其稳定度优于四阶龙格-库塔算法,且计算量小。     

捷联惯性导航系统算法简化机制

随着低精度惯性导航系统的广泛使用,算法简化也成了研究热点。本文通过实验来验证简化导航算法对于不同惯导尤其是低精度惯导的可行性,这对实时性应用有很大影响。通过对以上内容的介绍,希望可以为进一步研究捷联算法、低精度惯导的实时应用提供一定的参考。     

对偶四元数用于航天线阵遥感影像光束法平差解算

利用对偶四元数可以同时描述位置与姿态的特性,在简化四元数球面线性插值算法的基础上,建立了基于对偶四元数的航天线阵遥感影像的外方位元素模型,且利用该模型设计并实现了光束法平差解算方法。该方法可使用具有约束条件的参数平差法进行迭代求解。利用两个地区的SPOT-5 HRS立体影像进行了对比试验分析,结果表明,提出的基于对偶四元数的光束法平差算法正确可靠,相比于基于欧拉角的平差算法和基于单位四元数的平差算法,有更高的平差计算精度。     

开放式空间基础信息平台的发展特征与技术内涵

基于测绘和地理信息产业发展背景,针对日益增长的数据融合、实时共享、深度处理和个性化的需求,对数字城市中测绘服务特征进行分析,重点介绍符合云计算模型的开放式计算环境、多路径数据更新、多源数据一体化集成、全尺度城市编码、自适应空间数据处理和动态在线制图等理论、方法与关键技术。在此基础上,研制开发了开放式空间基础信息平台,并成功应用于数字深圳的建设中。     

遗传算法在GPS快速定位病态方程解算中的应用

将GPS病态方程求解问题转化为一个函数优化问题,应用遗传算法求解,避免了法方程的求逆运算,从而可以得到参数的近似最优解。探讨了利用遗传算法得到模糊度浮点解、应用有偏估计的均方误差矩阵确定模糊度的搜索范围、结合Lambda方法快速确定整周模糊度的方法。