基于GNSS天线阵列的定姿方法研究

针对车载移动测量系统对运动载体姿态的确定,研究车载全球卫星导航系统(GNSS)天线阵列定姿方法,分析直接法和最小二乘法定姿的姿态解算公式,并进行GNSS天线阵列车载实验.为得到两种定姿方法的精度,在不同软件定位模式解算的基础上,利用直接法和最小二乘法进行了姿态解算.实验和分析结果表明:四天线阵列最小二乘法定姿精度优于三天线阵列直接法,可靠性更高;在所有组合中,基于Moving-base定位模式的四天线阵列最小二乘法定姿精度最高,其航向角、俯仰角和横滚角精度分别可达0.066 0°、0.168 4°和0.267 8°.     

采用反向构成迭代的视觉SLAM直接法位姿估计

为了提高视觉SLAM相机位姿估计的计算效率,提出一种直接位姿估计方法。该方法无需逐帧进行特征提取和影像匹配,直接根据像点辐射信息构建非线性优化问题求解相机位姿。推导了基于灰度变换系数的直接法位姿估计平差模型及相应的反向构成迭代解法,利用常速运动模型构建合理初值假设,设计相应的关键帧判断与创建准则,并基于ORB-SLAM系统框架进行实现,使其在保留间接法优点的同时,运算速度得以显著提升。实验结果表明:该方法估计每帧位姿仅需5.7 ms,可以在保证同等精度的情况下,达到ORB-SLAM系统2倍以上的整体计算效率,基本满足视频影像实时稳健三维重建的要求。     

GPS/INS紧组合导航姿态计算方法选取分析

基于GPS/INS紧组合模式, 研究了方向余弦算法和四元数算法的解算过程, 并通过模拟数据试验, 分析了它们在姿态解算过程中对姿态漂移误差的影响。通过对比可以得出, 四元数法在相同模拟环境和相同解算阶数下, 其姿态解算精度要优于方向余弦算法, 且所用参数和约束方程均少于方向余弦算法。     

多相机数码影像光束法解算及精度分析

光束法算法通常用于解决同一相机影像的平差解算问题,文中探讨多相机数码影像的光束法解算方法,理论研究与实验分析相结合,研究建立多相机影像光束法的平差模型,并在相同条件下与单相机光束法解算结果相比较。结果表明,多相机数码影像光束法严密平差可解,且分别在不同的控制条件下与单相机光束法解算精度相当。     

DLT程序设计与应用

在近景摄影测量直接线性变换原理的基础上，加入附加条件建立附加有平行条件的直接线性变换函数模型，探讨了在解算过程中用数据探测法剔除粗差，用验后补偿的方法补偿系统误差的实现。鉴于非量测像机在近景摄影洲量中应用导致直接线性变换解法的重要性和实用性及数据量大、解算过程过于复杂的情况。用VC 编制了直接线性变换的解算程序，对其关键的方法和用法进行了说明。     

基于双目深度筛选的ORB-SLAM3算法

针对ORB-SLAM3算法中特征点存在易丢失、精度低,进而导致双目在复杂场景下运动轨迹误差大的问题,本文设计了一种改进的ORB-SLAM3算法。首先,在ORB特征匹配算法中引入自适应角点检测技术,增加特征点的采集数量,并采用光流法跟踪图像特征,提高关键帧的创建成功率;其次,以特征点为中心,作区域搜索,提高实时性;然后,采用双向左右一致性检验筛选最优视差,应用Prosac算法去除误匹配点对;最后,结合深度信息对关键帧进行筛选,提高关键帧的质量,优化相机位姿。采用KITTI和EuRoc数据集进行了试验,验证了改进算法在绝对轨迹误差上具有良好的优化效果。     

时间基线视差法三维位移解算方法

本文推证了应用时间基线视差法进行变形观测时,直接解算出物方点三维移位的解算数学模型。从而使时间基线视差法从只能解算物体的二维变形,推广到解算出物体三维变形。通过数据验证,确定该公式推导严密,数学模型实用可行。     

BDS-3多频精密单点定位模型及性能分析

针对北斗三号(BDS-3)精密单点定位(PPP)在不同模型不同频率组合中的定位精度问题，选取14个MGEX测站连续7 d观测数据，综合分析了双频非组合UC12、双频无电离层组合IF12、三频非组合UC123、三频无电离层两两组合IF1213这4种模型下BDS-3精密单点定位的静态和动态定位性能。实验结果表明：BDS-3静态IF-PPP、UC-PPP收敛后在E、N、U方向上的平均定位精度分别优于0.86、0.66、1.70 cm和1.01、0.68、1.78 cm,平均收敛时间分别为29和36 min。BDS-3动态IF-PPP、UC-PPP收敛后在E、N、U方向上的平均定位精度分别优于1.86、1.57、2.92 cm和2.1、1.78、3.08 cm,平均收敛时间分别为56和74 min。BDS-3双频解算模式下，B1CB3I、B1IB3I两种频率组合定位精度较好，三频解算模式下，B1CB2aB3I和B1IB2aB3I精度较为接近，三频与双频精密单点定位的定位性能和收敛时间基本相当。     

GNSS形变监测静态基线网中多基线联合解算两步法

GNSS(global navigation satellite system)静态基线网的解算方法通常采用单基线解算模式或多基线解算模式。这两种方法均有一定的局限性。本文综合两类方法的优点,提出了单基线和多基线联合解算模式的两步法。首先基于单基线模式利用多频率的载波相位观测值解算监测站间的双差整周模糊度,并使用严格的固定准则确定模糊度;然后利用多基线模式进行联合坐标和天顶对流层参数的估计,再结合最小二乘估计解算定位结果。选取国内某水电站静态形变监测数据为研究对象,进行基线解算方法测试和分析。实验结果表明多基线联合解算两步法在精度和可靠性上有较大优势,平面定位精度为亚毫米级,高程定位精度提高1～2倍;并可以明显改善基线网的解算速度,在高精度变形监测应用中具有可行性与通用性。     

一种利用非差单点定位的卫星定位基线解算新方法

在测站较多的卫星定位大网解算时,一般采用非差单点定位的数据处理模式,利用测站单点定位结果得到基线,其网解的精度取决于单点定位的精度。为了快速、准确地得到高精度的网解定位结果,提出了一种卫星定位单点定位数据处理中测站间基线的解算方法。首先,形成测站非差定位的法方程,对选定基线的各非差法方程进行变换。然后,再将各基线对应测站的法方程进行组合,得到站间坐标差和模糊度的法方程。利用分步搜索的最小二乘降相关分解法进行整周模糊度固定,进而解算测站间的基线。通过实验数据验证,该方法可在非差单点定位数据处理中进行测站间基线的快速准确解算。     

观测时间对基线解算质量和GPS网精度的影响分析

在不同的观测时段,卫星的几何分布情况及其运动轨迹并不一样,这直接导致各时段内所获得的基线解算质量和GPS定位精度也有区别。采用LGO软件进行基线向量解算和网平差,并通过复测基线长度较差、异步环闭合差、点位中误差、GPS基线向量残差4项指标来比较不同观测时间长度下的基线解算质量和定位精度。结果表明,观测时间在1h左右就可以获得较高的精度。在选择较好的观测时段后,在满足测量精度的前提下,适当缩短观测时间是可行的．这对于在工程测量中提高工作效率具有一定的指导意义。     

地图投影反解变换的一种新方法

通常地图投影反解变换有2种方法,即多项式拟合法和投影方程解析法.多项式法利用已知控制点的坐标对应关系,通过最小二乘法拟合求解地图投影反解变换的多项式函数,其优点是反解模型与地图投影无关,算法具有通用性,缺点是反算精度较低.解析法根据地图投影正算公式,在一定条件下通过解方程求得地图投影反解变换解析式,其优点是反解变换精度高,缺点是解法复杂.本文利用计算数学方法,根据地图投影变换的基本数学原理,提出了一种新的地图投影反解变换方法,双向迭代逼近法(BDIRA).具有反解变换精度高、收敛速度快、算法通用和GIS软件编程实现方便等特点.     

网解和PPP解的等价性

证明了PPP解与网解的等价性,比较了网解和PPP解模式下的位置和对流层延迟参数的解算结果,实验验证了这两种GPS解算模式下参数解的等价性。     

GPS技术在铁路平面控制测量中的应用研究

探讨了一种精度更高的基于卫星定位测量(以GPS-RTK数据为例)数据的深度解算方法。通过分别使用传统伪距法、最小二乘法、星历线性化法、地心地固法等常用GPS定位数据解算方式对个案数据进行深度解算,并比较其最终解算精度。同时探讨了模糊矩阵法、神经元网络法等非刚性解算方法的弊端。最终得到3点结论：1)非刚性解算法在当前技术条件下并不适用于对卫星定位数据进行深度解算。2)考虑了更多可能干扰因素的反算过程的深度解算法,如星历线性化法和地心地固法,其解算精度显著高于未具体考虑可能干扰因素的深度解算法。3)对卫星定位数据进行深度解算,可以有效提升卫星定位用于工程测量的测量精度,具有显著的现实意义。     

非差模式的GNSS数据并行解算设计及实现

基于精密单点定位技术的非差模式是当前GNSS数据处理的主要策略之一。随着测站规模的增大,非差模式的处理时间也线性递增,传统的串行处理方法需消耗大量的计算时间。采用工厂模式和责任链模式实现了非差精密单点定位;利用轻量级的并行编程技术从底层设计并实现了基于任务的非差多核并行解算;进一步在网络多节点环境中建立并发布非差计算服务,实现了网络多节点协同并行解算GNSS数据。通过大量数据的测试与试验,验证了多核多节点的非差并行解算方案的高效性。试验结果表明,单节点多核并行、双节点网络并行、四节点网络并行、六节点网络并行的计算效率分别比单节点串行方案平均提高了2.74,5.30,9.38和14.69倍。     

LM算法在稀疏矩阵光束法区域网平差中的应用

通过介绍光束法区域网平差的误差方程和法方程的建立,针对解算法方程的算法进行了对比分析。针对高斯牛顿法在解算非线性模型最小化中存在的问题,提出将LM算法应用于非线性模型的最小化解算,并通过算例验证了LM算法的优越性。为了提高区域网平差的效率和实用性,相对于传统LM算法解算的稠密性,提出了在LM算法中采用稀疏矩阵的方法来解算光束法区域网平差的法方程,验证了将LM算法应用于稀疏矩阵光束法区域网平差的可行性。     

北斗信号体制下三频CIR法模糊度解算方法研究

未来的GNSS系统将广泛使用三个频点的载波信号,极大地推动了利用载波对用户位置和速度等信息进行高精度解算方法的研究。利用载波进行高精度解算的关键是高成功率的确定载波相位整周模糊度。CIR算法基于整数引导估计准则确定载波相位模糊度整数解,算法实现简单,模糊度解算成功率较高,具有很大的实际应用价值。然而目前CIR法在实际应用中主要针对GPS信号体制,在北斗信号体制下是否具有良好的性能还有待验证。本文将CIR法应用于北斗信号体制下三频载波整周模糊度的解算,利用仿真数据对算法进行验证,并将解算结果与GPS信号体制下解算结果进行对比,验证CIR法在北斗信号体制下的可行性,分析不同信号体制下CIR法的解算性能和适用范围。     

高精度差分GPS/INS组合系统中的模糊度处理策略

本文简要介绍了差分GPS/INS组合系统在单历元模式和多历元模式下适用的模糊度基本解算方法,分析了各自的优缺点,并提出了一种综合的GPS/INS组合系统模糊度处理策略。实验表明,在综合两种模式的动态模糊度解算方法的基础上引入基于周跳探测修复的模糊度传递以及INS辅助,对于不良观测条件下的模糊度固定具有十分显著的改善。     

密集型CORS站的高精度基线解算方案研究

简要分析影响基线解算精度的诸多因素,提出一种能够提高基线解算精度的新方案--“间距分区法”,该方法是针对密集型CORS站基线解算的新方法,并基于江苏省CORS站数据分别利用间距分区法及一般的分区方法进行基线处理,对比这两种分区方法解算的基线精度,验证了在测站密集的测区,间距分区法相对于一般的分区方法具有较高的基线解算精度。     

GPS多基线解算模式的数学相关性分析

给出了在GPS多基线解算模式下,直接形成单差观测方程和双差观测方程权阵的公式,避免了对协因数矩阵的求逆,提高了形成法方程的速度.通过算例分析比较了直接形成权阵和通过对协因数矩阵求逆得到权阵的运算速度,结果表明：直接形成权阵的方法在计算速度上具有明显的优势.