基于四元数法的航向修正算法分析

目前载体的姿态解算已成为捷联式惯性导航系统精确导航的研究热点。为了减少由于陀螺仪漂移带来的航向误差,提出了一种基于启发式漂移消除算法(HDE)的改进航向修正方法。该方法采用四元数法解算载体航向,利用行人在室内环境下,行走直线时航向角偏差直接对行人航向进行修正,然后推算行人航向轨迹。实验采用低成本的智能手机,对比分析了不同采样频率以及二阶龙格-库塔法与四阶龙格-库塔法更新四元数解算航向角的精度,试验结果表明,提高采样频率能减小航向解算误差,提高定位精度。该算法对导航定位研究有一定的参考价值。      

陀螺全站仪基线场建立及仪器常数测定

陀螺全站仪是一种精密仪器,在工程测量中有广泛应用。文中通过布设陀螺仪基线场,利用TM30高精度测量机器人测定基线场边长和角度,并进行网平差计算,获取该基线场方位角精度,可定期进行陀螺仪仪器常数的测定,为国内其他拥有陀螺全站仪的生产单位提供参考。     

手机陀螺仪与加速度计联合定位初步分析

研究了如何利用安卓智能手机上的微机械电子陀螺仪和加速度计实现手机的定位功能。叙述了获取手机电子陀螺仪和加速度计数据的过程和定位原理,通过实验实现了它们的联合定位,并分析了其稳定性,总结了不同姿态下误差积累随时间的变化情况,得出了几点有意的结论。     

一种基于智能手机成像的立体量测方法

在分析智能手机相机成像参数稳定性的基础上,介绍了一种手机成像的立体量测方法。根据大角度、大重叠度且无控制点的情况,使用相对定向的直接解法来确定手机像对的相对位置关系,通过空间前方交会解算出待定点的物方空间坐标,并利用光束法平差来优化立体量测结果;同时,利用室内检校场控制点的坐标真值,验证了手机的测量精度,表明了智能手机相机可以用于近景摄影测量工作。     

基于MENS-INS的智能手机室内定位系统

针对目前室内定位技术前期指纹数据采集工作量大、成本高、需部署特殊硬件的问题,提出了一种基于智能手机MENS-INS的室内定位系统.以Android系统为平台设计开发了一款手机应用,利用手机MENS中的陀螺仪、加速计和磁力计获取数据,采用INS算法以及Kalman滤波,结合电子地图匹配算法,实现较长距离内定位精度控制在1～2 m,有助于室内定位技术的大规模推广.     

智能手机传感器标定的似线性模量方法

探讨了智能手机惯性传感器校正的九参数模型的6种形式,利用模量方程构建椭球模型,并通过多项式分解得到类似线性化的迭代模型,进而提出了一种似线性模量标定方法。利用该方法进行手机传感器多位置标定实验时,无需严格控制传感器标定位置或姿态,便可获得传感器的校正参数。以三星S3手机采集的加速度计和陀螺仪数据进行标定实验,计算结果与分析表明,所提方法适用于智能手机传感器的快速标定。     

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。     

基于单位四元数矩阵实表示的坐标转换算法研究

四元数法可用于大角度的空间三维坐标转换,但其理论较复杂,计算及证明不便。借助四元数的矩阵实表示,可以将四元数域上的运算转化为实数域上向量和矩阵的运算。针对大角度空间三维坐标转换问题,构造了四元数优化函数,然后基于单位四元数矩阵实表示的方式将四元数问题的求解转换成矩阵问题的求解,并给出了利用单位四元数进行空间三维坐标转换两种算法的详细证明。经过算例分析表明,两种算法解算结果和奇异值分解算法一致,验证了算法的正确性和有效性,且两种算法只需进行矩阵的特征值分解,无须线性化,计算简便,便于编程,适用于大角度坐标转换问题的求解。     

基于手机传感器和互补滤波的行人航向解算

目前行人航迹推算逐渐成为室内定位研究与应用的热点。针对利用陀螺仪推算行人航向时存在较大累积误差的问题,本文提出了一种基于智能手机传感器的行人航向解算算法。该算法根据陀螺仪输出的角速度数据与手机传感器参数计算合适的阈值,实时调节PI调节器的误差补偿系数,对预处理后加速度计和磁力计数据解算的航向角进行补偿,并与陀螺仪数据互补滤波融合,得到融合后的航向角。试验基于低成本智能手机,分别在磁场强弱环境下采集手机传感器数据,对比分析本文算法与传统互补滤波算法及九轴数据融合算法在推算行人航向时的精度。试验结果表明,在室内磁干扰较强的环境下,本文算法与传统互补滤波算法、九轴数据融合算法相比定位精度分别提升了68.4%和65.9%,平均航向误差分别减小了3.4°和1.8°,验证了本文算法有较好的抗磁干扰性能,提高了行人航向角解算的可靠性。     

Android智能手机GNSS高精度实时动态定位

本文基于智能手机GNSS观测值的质量和性质,利用手机载波相位观测值不确定度进行粗差处理,使用星间单差法消除智能手机伪距和载波相位观测值之间差值不固定特性的影响,针对手机观测值修改滤波过程中的观测值噪声方差数值,采用不固定载波相位整周模糊度的常加速度动态单频Kalman滤波模型实现实时PPP和RTK两种定位方法,提高手机实时GNSS定位精度。使用某智能手机进行验证,单频实时动态PPP定位在99s内达到稳定状态,平面定位精度为1.51 m,高程精度为2.79 m;RTK定位在27 s内达到稳定状态,平面定位精度为0.73 m,高程精度为0.78 m。测试结果表明目前智能手机的GNSS定位模块具有提供更加精准的位置服务能力,甚至在某些特定场景下具有实施测绘作业的潜能。     

基于手机的测量计算程序开发和应用

根据目前手机软硬件发展水平,探讨了采用手机进行测量外业计算的可能性和必要性.介绍了手机测量计算软件的开发环境配置.通过导线测量计算、放样计算和边长交会计算三个实例,描述了手机测量计算Java程序的开发过程和计算软件应用实例.通过实践证明,利用手机进行科学计算,能够达到很高的精度,完全满足常用的测量计算需要,展现了手机这...     

超高层建筑周日摆动的测量机器人监测

针对测量机器人在超高层建筑监测时距离远、倾角过大,仪器的垂直轴倾斜误差对观测精度影响显著的问题,该文提出了一种全新的周日摆动监测方案和数据处理方法,该方法利用两台测量机器人对塔体监测点进行连续自动跟踪测量,并对其测距观测值进行数据处理,从而得出超高层建筑的周日摆动规律。通过对广州东塔进行周日摆动监测分析,结果表明,监测分析得到的塔体周日摆动规律与外界温度、日照变化的影响规律相符,证明了该方法的可行性。     

基于改进算法的HJ-1气溶胶厚度反演研究

提出了在HJ-1 CCD自带卫星观测角度数据的基础上,结合卫星自带几何解算参数推算连续像元的太阳天顶角、方位角,并将原始卫星观测角度、推算几何角度数据生成对应四波段合成数据的改进算法,以提高反演数据的精度.结合Kaufman暗目标法和改进算法后对应连续像元几何数据的6S模型调用表,对南宁市中心城区2018年8月、9月、...     

Quaternion-EKF的多源传感器联合定向算法

针对磁力计易受干扰和陀螺仪易漂移的问题,使用扩展卡尔曼滤波EKF(Extended Kalman Filter)融合多源传感器进行定向。利用基于四元数的EKF,在当地磁场和重力加速度的基础上融合加速度计、陀螺仪和磁力计观测信息,并通过自适应算法构建过程噪声向量和观测噪声向量的协方差矩阵以解决载体运动和周围磁场干扰对重力和地磁场观测值的影响。实验结果表明,该算法可以有效地减弱陀螺仪漂移和磁场对定向的干扰,获得更加精确和稳定的航向角信息。     

基于单位四元数的单独像对相对定向

目前对单位四元数描述空间旋转的应用,基本上是将其转换成旋转矩阵的形式,而忽略了单位四元数描述空间向量旋转具有描述几何关系的直观性以及运算简洁的优势。基于此提出一种基于单位四元数的单独像对相对定向法,方法首先采用向量描述同名光线,然后利用单位四元数描述立体像对中左右影像同名光线的变换关系,建立单位四元数共面条件方程模型,再按照带有约束条件的间接平差原理进行最小二乘平差,确定相对定向元素。针对RC30航空影像和低空无人机影像采用单位四元数法分别进行单独像对相对定向实验,结果表明单位四元数相对定向方法计算精度较高,为解决摄影测量中坐标变换问题提供更多选择。     

激光跟踪仪坐标测量精度分析

激光跟踪仪是目前精度最高的移动式坐标测量系统,其实际测量精度是否符合标称精度,直接决定了测量精度能否满足需求精度,因此对仪器坐标测量精度的分析显得十分重要。坐标转换模型是反应多站测量坐标精度的理论基础,不同模型在反应仪器精度的准确性、精确性、稳定性和计算速度等方面有较大差别。本文对常用的坐标转换模型进行了对比分析,得出结论是四元数模型具有算法严谨、抗奇异性、表达简洁、运算快速和易于实现等优点,适用于计算坐标转换精度。本文以Leica AT901_b激光跟踪仪为例,进行坐标测量精度分析。多次设站获取同一组目标点数据,每测站与目标点保持良好网形结构,数据处理时首先排除粗差并检验可靠性,然后采用四元数模型计算坐标转换参数,并通过最小二乘平差算法解算参数精度及坐标测量精度。另外,为了反应激光跟踪仪的坐标测量精度与目标点距离的关系,本文以Leica AT901_b为例进行实验,在测程内由远及近多次设站获取数据,计算坐标测量内符合精度并给出了目标点距离与坐标精度的关系曲线。     

全局测量空间转站测量数据整体平差方法北大核心CSCD

针对大型结构件全局测量中多测站测量统一坐标系时的误差积累问题,该文以徕卡TM30全站仪测量系统作为测量手段,模拟实施测量方案获取点位坐标信息。基于七参数转换模型,利用Matlab编程,比较分析了作为初步转换法的四元数法、奇异值分解法和罗德里格矩阵法,对比其进行初步转换的精度差异,从而优选坐标转换方法。在初步转换的基础上,分别基于原始观测值和公共点坐标观测值进行整体平差解算,编程实现了全局测量中各公共点误差及各站坐标转换总误差的计算与分析。最后,对两种整体平差方法的优缺点进行了讨论分析,指出在实际工程中可综合应用两类整体平差方法的技术优势,以最大限度地减少误差积累,提高整体测量精度。     

一种基于对偶四元数的摄影测量位姿估计直接解法

位姿估计是摄影测量学中的经典问题和核心问题之一,现将对偶四元数引入到摄影测量位姿估计问题中,充分利用了对偶四元数描述刚体运动的简洁性和非奇异性,统一表示刚体运动的旋转与平移。现将其方法与广泛使用的基于单位四元数的直接解法进行了仿真实验对比分析。实验结果说明本文采用的方法正确有效,相较基于单位四元数的直接解法,精度较高,计算时间较短,效率优势明显,具有较高的实际应用价值。     

手机平台下的导线平差系统研究

智能手机开发功能强大,在智能手机上开发导线平差系统对提高野外测量效率具有较大的意义,在现场能及时检查测量错误,避免返工。本文以Windows Mobile为平台,利用Visual Basic.NET语言,采用最小二乘法原理,建立了支导线、闭合导线和附合导线平差系统,并以实测数据进行了测试。实践表明,该系统实现了平差结算和精度评定,且操作方便,符合测量人员习惯。智能手机携带轻便,基于手机平台的导线平差系统具有很好的实用性和推广前景。     

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。