提高恒星相机姿态计算精度及可靠性的有效途径和方法

恒星相机姿态计算精度及可靠性是衡量恒星相机性能最重要的指标。给出提高恒星相机姿态计算精度和可靠性的几种方法和途径,并进行姿态角整体可靠性和整体精度指标的分析试验,为获取高精度姿态测量精度提供理论参考。     

姿态传感器在水深测量中的应用

姿态传感器作为高精度动态海洋测量仪器,已被广泛地与船载海洋测量设备配套使用。姿态传感器能够改正或消除船载仪器由于船体的垂荡、横摇和纵摇引起的测量误差,大大提高测量精度。举例介绍了姿态传感器在单波束和多波束水深测量中的应用,并对姿态传感器的动态补偿特性进行了探讨和分析。     

海洋资料浮标姿态信息测量技术研究现状及发展趋势

海洋资料浮标在海洋环境监测、预警预报、防灾减灾、资源开发、海上交通、渔业生产、军事活动保障等方面具有重要作用,是海洋立体监测体系的重要组成部分。世界主要沿海国家和国际组织都极为重视海洋浮标技术的发展。海上观测过程中,浮标随风、浪、流等作用产生复杂运动。浮标复杂运动的精确观测离不开浮标姿态信息测量技术的发展。浮标姿态信息,不仅是浮标及其搭载设备工作安全性可靠性评价的重要参考,也是浮标测量数据实时精准校正的重要保障。因此,浮标姿态测量技术具有重要的研究价值和应用价值。文章从工程实际的技术需求出发,对浮标姿态信息测量技术的研究现状、技术难点以及发展趋势等方面进行了梳理和总结,以期对研发新一代智能浮标观测技术提供有益启发和借鉴。     

层状垂直各向异性介质海洋CSEM发射源及接收站姿态和位置对电磁响应影响研究

众所周知,电阻率各向异性对海洋可控源电磁(CSEM)响应有显著影响.在模拟和解释海洋可控源电磁资料时,通常假设接收站布放于平稳的海底,发射源以理想的水平电偶极源形式按预设路径拖曳前进.然而,在实际海洋作业中,自由下沉的接收站可能沉降在局部倾斜的海底面上,在海底的方位可能是任意取向的.同时,由于洋流等因素的影响,发射源偶极子会发生旋转、倾斜,其位置也会偏离预设的拖曳路径,所以发射源和接收站姿态的变化都将对电磁资料产生影响.本文计算了电阻率各向异性介质中,发射源任意姿态任意位置激发、接收站任意姿态任意位置接收的海洋CSEM响应,分析观测系统引起数据误差的机制,分别在电阻率各向同性、围岩电阻率各向异性和高阻储层电阻率各向异性三种模型中,讨论发射源和接收站的姿态及位置变化对响应的影响.计算结果表明,电磁场振幅误差主要来源于发射源和接收站的倾斜角,而相位的变化为发射源位置和接收站倾斜角、位置共同影响的结果.     

时间域航空电磁系统姿态变化影响研究

航空电磁系统的收发线圈受外界因素影响会发生姿态变化,使测量结果产生一定偏差.传统的数据处理方法考虑姿态变化情况单一,且主要以频率域系统为主,而目前复杂姿态变化对时间域航空电磁系统全时响应的影响尚未有系统研究.本文在前人研究基础上拓宽思路,不仅研究姿态的角度变化,同时改进前人计算方法,研究线圈发生位置变化的影响,并将线圈与大地的耦合感应效应考虑在内.本文通过定义姿态变化前后两种坐标系,确定姿态变化的角度和旋转矩阵,并将一维层状半解析解与姿态角度变化和位置变化进行整合,推导出收发线圈任意姿态变化的表达式.以直升机吊舱分离装置为例,对时间域航空电磁系统收发线圈任意姿态变化进行细致分析.基于重叠偶极子的假设,给出可应用于实际工作中的姿态校正因子,以提高实测数据的处理效率与精度.     

接收机天线姿态对多路径效应的影响研究

为探究GNSS动态精密测量中天线倾斜姿态对卫星信号多路径延迟影响的规律,建立卫星与倾斜天线间的相对位置关系,根据多路径效应综合指标,进行理论分析与实验验证。结果表明,天线姿态发生倾斜时,多路径效应明显增加,有效观测值数量降低,定位精度变差;多路径延迟的大小与天线倾斜方向及角度有关,处于不同方位、高度的卫星信号的多路径延迟具有不同的变化规律。     

面向低成本车载IMU的安装姿态估计

车载IMU相对于车体的安装姿态信息是应用车辆非完整约束的必需条件,而车辆非完整约束可以有效解决GNSS信号长时间中断的情形下低成本INS+GNSS组合导航系统精度降低的问题。本文针对车载场景下的低成本消费级IMU,基于卡尔曼滤波和粒子滤波提出了一种估计IMU安装姿态的算法。该算法无需限制IMU相对于车体的姿态为小角度;随后,基于仿真平台对低成本消费级IMU进行建模,利用生成的若干组不同安装姿态的IMU数据对算法进行验证;最后进行车载测试。仿真结果和车载测试结果都表明,该算法可以准确地估计IMU相对于车体的安装姿态,对于低成本INS+GNSS组合导航系统精度的提高具有实际意义。     

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。     

GNSS海洋浮标海面高程动态不确定度研究

为全面准确地评定GNSS(Global Navigation Satellite System)海洋浮标测得瞬时海面高程的动态不确定度,根据GNSS海洋浮标的工作原理、系统组成及数据处理方法,提出了针对具体测量过程的瞬时海面高程动态不确定度评定方法。将浮标动态测量过程分解为静态测量过程的集合,采用GUM(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)方法建立了测量模型,详细分析和计算了静态测量过程中瞬时海面高程的不确定度分量:GNSS高程不确定度、GNSS天线高程改正不确定度和高程异常不确定度,最后合成瞬时海面高程的动态标准不确定度和动态扩展不确定度。使用该方法对近海GNSS浮标测量结果进行了动态不确定度评定,验证了此方法的可行性,也为评价GNSS浮标测量结果质量提供了有效依据。     

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。