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精密单点定位在机载GPS中的应用
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3秒自动关闭窗口精密单点定位技术在IMU/GPS辅助航空摄影中的应用研究--《中国地质大学》2008年硕士论文
精密单点定位技术在IMU/GPS辅助航空摄影中的应用研究
【摘要】：
IMU/GPS(Inertial Measuremem Unit/Global Position System)辅助航空摄影技术可以直接获取像片的六个外方位元素,包括三个线元素和三个角元素,采用此技术进行航空摄影测量时可无需或只需极少数的地面控制点,对中小比例尺成图可不做空三(大比例尺成图时也只需做自动空三即可)直接进行定向,进而缩短航摄成图周期,节约成本。
目前IMU/GPS辅助航空摄影测量技术中,GPS的数据处理主要采用差分GPS方法,DGPS技术不需要考虑复杂的误差模型,解算模型简单、待估参数少、定位精度高,因此被广泛应用在IMU/GPS辅助航空摄影中。但是随着IMU/GPS辅助航空摄影测量技术的日趋成熟,其缺点也日益显现。不足之处在于:作业时至少一台接收机置于基准站上进行连续观测,不仅影响了作业效率,还增加人力、物力和财力的投入;随着用户与基站距离的增加,对流层延迟、电离层延迟等误差的相关性减弱,其精度降低。
精密单点定位技术的出现,为IMU/GPS辅助航空摄影提供了新的解决方案。目前国际GPS服务组织IGS所提供的精密星历和精密钟差的精度已经很高。随着接收机性能的不断改善,载波相位精度不断提高,以及大气改正模型和改正方法不断深入,为精密单点定位技术应用在IMU/GPS辅助航空摄影中提供了可能性。
本文对精密单点定位技术和IMU/GPS辅助航空摄影测量技术的原理进行了系统性的论述,并结合具体的航摄摄区,分析了精密单点定位精度、IMU/PPP联合滤波的精度以及IMU/PPP辅助空中三角测量的加密精度,对结果进行了分析,总结了IMU/PPP辅助航空摄影的技术流程。本文研究的主要内容包括:
1.利用GrafNav 7.8GPS数据处理软件,实现PPP和DGPS的解算,并结合常规空中三角测量的结果,分析了精密单点定位算法的解算精度;
2.利用AEROoffice软件对GPS和IMU数据进行联合滤波处理,并通过检校场进行偏心分量与偏心角元素的改正,输出外方位元素。同样结合常规空中三角测量的结果,分析检校前和检校后IMU/PPP联合滤波的精度;
3.利用Geolord-AT(PBBA)软件进行加密检测实验,分析IMU/PPP辅助空中三角测量的加密精度,并和IMU/DGPS辅助空中三角测量的加密精度进行比较分析,得出结论;
4.总结IMU/PPP辅助航空摄影的技术流程和实施方案。
通过以上研究,得到以下的结论:
与DGPS的解算结果相比,PPP的内符合精度略低。PPP和DGPS坐标值较差存在一定的系统差。
IMU/PPP联合滤波后,与IMU/DGPS的较差同PPP和DGPS的较差一致,存在一定的系统较差。经检校改正后,IMU/PPP与IMU/DGPS的最终结果相当。
通过加密实验表明,采用IMU/PPP辅助航空摄影,只需加入四角平高控制点即可满足1:10000成图比例尺的规范要求;若不用地面控制点,则不能满足相应规范要求。
本文同时指出提高精密星历和精密钟差的解算时间是今后需要研究的一个方向;另外精密单点定位的非差组合模糊度不再具有整数特性,因此精密单点定位的质量控制显得尤为重要,也是今后需要研究的内容之一;动态条件下天顶对流层改正的方法有待于进一步的探索。
本文的组织安排如下:
第一章是绪论部分。介绍本文研究的意义,阐述了IMU/DGPS辅助航空摄影的发展及精密单点定位技术在国内外研究现状,介绍了近几年精密单点定位技术在航空摄影测量中的应用情况,并对本文的内容进行简要的说明;
第二章对精密单点定位技术进行了介绍。通过对国内外相关资料的分析和整理,简要的说明了精密单点定位技术的参考系统,包括时间系统和坐标系统,并对分析、处理和整理精密星历和精密钟差成果的国际GPS服务机构进行了简单的介绍。最后从精密单点定位技术的原理出发,重点探索了精密单点定位的误差来源。
第三章介绍了IMU/GPS辅助航空摄影测量技术的原理。从IMU/GPS的系统构成出发,介绍IMU/GPS辅助航空摄影的方法及相关术语,重点介绍了IMU/GPS辅助航空摄影测量中的坐标系统及转角系统,并分析了各坐标系统及其之间的转换关系,通过坐标系统之间的转换求出摄影测量所需要的姿态角Phi,Omega和Kappa。最后对IMU/GPS系统原理和IMU/GPS辅助航空三角测量原理做了详细说明。
第四章以实际航摄项目为例,研究了PPP的精度,IMU/PPP联合滤波的精度以及IMU/PPP辅助航空三角测量在无地面控制和角点控制下的加密精度。并总结了IMU/PPP辅助航空摄影的技术流程。
第五章是对全文研究工作的总结,提出了总体的结论和建议,并对未来的研究工作提出了一些设想和展望。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：P228.4【目录】：
Abstract8-13
第一章 绪论13-17
§1.1 本文研究的意义13-14
§1.2 国内外研究现状14-16
1.2.1 IMU/DGPS辅助航空摄影测量技术的发展14-15
1.2.2 精密单点定位技术的国内外研究现状15-16
§1.3 本文主要研究的内容16-17
第二章 精密单点定位技术17-30
§2.1 参考系统17-19
2.1.1 时间系统17-19
2.1.2 坐标系统19
§2.2 国际GPS服务机构及其产品介绍19-22
2.2.1 IGS机构19-21
2.2.2 IGS产品及其精度21-22
§2.3 精密单点定位原理22-24
§2.4 精密单点定位的误差来源24-29
2.4.1 与信号传播有关误差24-25
2.4.2 与接收机、测站有关误差25-27
2.4.3 与卫星有关的误差27-29
§2.5 本章小结29-30
第三章 IMU/GPS辅助航空摄影测量技术原理30-47
§3.1 IMU/GPS的系统构成30-31
§3.2 IMU/GPS辅助航空摄影测量方法及相关术语31-35
3.2.1 IMU/GPS辅助航空摄影测量方法31-32
3.2.2 相关术语32-35
§3.3 IMU/GPS辅助航空摄影测量中的坐标系统和旋转角35-40
3.3.1 惯性导航坐标系35-37
3.3.2 摄影测量坐标系统37-38
3.3.3 惯性导航与摄影测量中坐标和姿态角的转换38-40
§3.4 IMU/GPS系统测量原理40-45
3.4.1 GPS测量原理40-42
3.4.2 IMU姿态测量原理42-44
3.4.3 IMU/GPS组合系统测量原理44-45
§3.5 IMU/GPS辅助航空三角测量原理45-46
§3.6 本章小结46-47
第四章 航空动态PPP、IMU/PPP的精度分析47-67
§4.1 实验摄区的概况47-49
§4.2 精度分析49-59
4.2.1 PPP的内符合精度分析49-51
4.2.2 PPP的外符合精度分析51-57
4.2.3 IMU/PPP联合滤波的精度分析57-59
§4.3 IMU/PPP辅助航空摄影加密精度实验59-64
4.3.1 实验区概况59-60
4.3.2 检测方案60
4.3.3 加密检测结果60-64
§4.4 IMU/PPP辅助航空摄影测量中的实施方案64-65
§4.5 本章小结65-67
第五章 总结和展望67-69
§5.1 结论67-68
§5.2 展望68-69
附件一 PPP和DGPS同常规空中三角测量比较69-72
附件二 IMU/PPP辅助航空摄影测量精度检测样区光束法整体平差精度检测报告72-74
附件三 IMU/DGPS辅助航空摄影测量精度检测样区光束法整体平差精度检测报告74-76
参考文献77-79
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