郭建春+黄志环

摘要：航空测量及摄影，是依托某一航摄仪器，在飞行状态之下连续予以摄影。它关联着地表选出来的控制点，选取立体测绘。这类独特测量，可获取最为精准的数值，属于必要手段。在这之中，POS含有定向及定位，它是机载架构下的传感器，含有导航体系。依托POS体系，随时获取传递过来的载体姿态、载体飞行速率、各类方位信息，定位十分精准。依照相位差分，可以拟定0.1米以内的精度偏差。为此，有必要明晰POS这样的精准定位，摸索定位技术。

关键词：航空；摄影测量；POS系统；高精度；定位技术

1 POS辅助航空摄影测量技术的基本原理

惯性导航系统（INS）是由IMU和控制系统组成，IMU又包括3个加速度计、3个自由度陀螺仪以及必要的数字电路和图形处理器（GPU），利用3个加速度计测量载体在三轴反向上的平移加速度、一次积分获取载体的瞬间速度，同时，陀螺仪可以记录三轴在导航坐标系中的姿态角，并给出载体航向，以此实现对载体的导航工作。GPS是目前应用最为广泛的定位和导航系统，可以为用户提供实时的空间坐标信息、速度信息和精确授时。差分全球定位系统（DGPS）技术是在多个已知点位上安装设置GPS基准站，对目标点位置接收机进行同步观测，基于各个基准站空间坐标信息和改正参数，对目标点数据进行求差改正，并综合全部观测数据进行平差计算，获取精确的三维坐标。IMU可以实现导航的完全自主化，降低了外界信息的依赖性，可以提供较高精度的导航、速度、航向等信息，但采用IMU的系统的导航精度完全取决于自身系统的精确性，这样就造成定位误差的时间积累。DGPS技术定位精度高、可以全天候进行连续定位，误差不随工作时长而积累，但采用DGPS技术的系统为非自主系统，不能实时提供姿态参数等，在运动过程中不易跟踪和捕获卫星信号，造成定位精度的下降。基于卡尔曼滤波方式将二者进行组合，形成互补，通过信息传递、数据融合和最优化求解，获得运动过程中高精度的导航系统。

1航空摄影测量中POS定位技术类型

1.1 POS直接定向法

航空摄影测量中最为重要的工作为定向，包括内定向、外定向、相對定向等，通过定向获取影像的内方位元素、外方位元素、相对空间位置关系、瞬间像主点坐标等相关参数，以此恢复影像的曝光瞬间姿态和空间坐标。在航空摄影测量过程中，POS可以直接获取空间位置信息和姿态数据等定位参数，经过数据融合和解算得出曝光瞬间的光束的空间位置和姿态，通过误差消除和改正，获取高精度的像主点坐标和外方位元素。该方法适用于比例尺较小、观测环境较差、精度要求低的情况。

1.2 POS辅助空中三角测量法

POS辅助空中三角测量法是将POS获取的外方位元素当成已知带权观测值，参与区域网平差，获取更高精度的外方位元素的技术方法，又称为集成传感器定向法。在应用过程中，该方法存在POS坐标系统与摄站坐标系统之间的转换问题，其中包括POS直接测定的3个姿态角元素与外方位元素的3个角元素之间的转换，POS直接获取的三维坐标与外方位元素的坐标之间的转换。与POS直接定向法相比，两者最大的区别在于是否进行了空中三角测量加密解算。

2航空摄影测量中POS系统高精度定位技术的应用

2.1拟定适当方案

航空摄影之中，POS被设定成必备的载体，可以拍摄照片，它凸显了不可替换的摄影价值。POS范畴内的新颖技术，含有GPS、常用惯性导航，二者被整合在一起。对于不同装置，设定好的精度水准都会有着差异；与此同时，POS涵盖着的偏差长度，也会影响照片。各类的摄像机拟定的侧重点、拍摄得出来的精度都含有差值。POS融汇了导航思路、DGPS这一新颖思路，拥有二者共性。它搭配的硬件，含有定位配件、微机处理配件、依托惯性的导航；对应着的软件，设定了后续处理。DGPS查验并搜集多样的实时数值；惯性导航明晰了加速度、各时段内的飞行角度。依托微机体系，获取关联的信息。获取坐标以后，把它与拟定好的坐标予以对比，获取偏差参数。用户接纳了这一参数，修正得来最适宜的定位。POS路径下的运算定位，含有双重步骤。在第一步内，可得的信息涵盖了IMU、DGPS双重的信息。选取滤波算法以便存留这样的信息。在第二步中，选取存留下来的这类信息，依托平滑滤波予以后续的运算。纠正开环偏差，获取最优参数。

2.2定位必备的滤波运算

2.2.1新式定位滤波

在定位体系内，卡尔曼特有的滤波装置查验得到多样的数据，包含定位数据。从这一视角看，定位时的精准性紧密关系着测得的数值，凸显偏大影响。除此以外，IMU这样的精度也被提升，应当标定补偿。可以简化惯用的模型，采纳事后处理。卡尔曼滤波表现出来的特性，关系着状态维数、现有的存储量。因此，应能缩减初始的这类维数。

2.2.2解析平滑滤波

对于搜集信息，可以事后解析。飞行摄影之中，POS紧密衔接起了各时段的搜集信息，充分予以运用。在很大程度上，它增添了固有的体系精度。固定区间以内，采纳平滑算法，延展得出新颖的流程及算法。着手去运算时，还应算出原有的卡尔曼滤波。在这种根基上，算出这一区段内的其他关联数值。这类算法精准，适宜系统运算。详细而言，设定了N这样的导航时段、t这样的时间隔断。在初始时点上，后续N时段内都应分别去解析误差，算出估测数值。经过估测以后，储存这样的数值，以便算出固定范畴内的平滑值。采纳这类途径，要求微机之内含有更大的存留空间，常用事后处理。

2.3创设滤波模型

在POS架构内，依托滤波器来识别明晰的定位，设定精准定位。创设系统模型，关系着更大范畴的滤波结果。针对航空背景，拟定误差建模。POS预设了更高水准的初始精度，为此必须予以标定补偿。IMU这样的常用模型，可被简化处理，把它变更为随机态势下的常数数值，考虑白噪声。事后处理之中，随时都要存留各时段的状态信息，同时存储滤波。卡尔曼滤波凸显的实时特性，关乎存储总量及设定好的维数。简化塑造模型，减小这类维数，便利了随时去存留信息。

卡尔曼的滤波，只考量了某一时点的测得信息、前一时段信息。然而，POS添加了事后的解析，对于得出来的飞行阶段，都可运用信息，提升了总体架构内的体系精度。构建在这种根基之上的平滑算法，含有事后解析。选出固定区段，首先予以滤波；经过滤波流程，再去量测这一区段内的一切数据。经由反向推算，可以明晰各个时点内的估测状态。推测平滑滤波，先要估测状态、估测得到最精准的均方差。它整合了反向滤波、卡尔曼这样的滤波，被看成双向的滤波。

2.4查验运算效果

对于双向滤波，查验它的运算成效。拟定了POS特有的测验体系，搜集了IMU、关联的DGPS类别文件。这些文件之内，含有流动数据、飞行时的方位、飞行速率状态，含有同步文件。依照选出来的精准格式来妥善提取数值，设定双向滤波。在测验范畴内，陀螺表现出来的偏差稳定特性为每小时0.1。；加速度累积得出来的这类偏差，为0.0008克。接收机有着双频的特性；经过差分处理，获取了每秒0.1米的初始速率、0.1米的方位精度。运算惯性导航，设定了50Hz这一精准频率；对应着的输出频率，包含5Hz。滤波组合周期，设定为0.3秒。

经过验算可得院双向滤波显现出来的整体偏差，对比前向偏差是显著缩减的，误差均方差也被缩减。这类缩小偏差，含有滤波位置、相关速率信息。这就可以表明：双向滤波凸显了更为优良的总精度。飞行试验含有更大的波动倾向，在局部区段内改善并不凸显；但综合来识别，可以提升精度。

结束语：POS辅助航空摄影测量是对传统摄影测量技术的重要革新，融合了IMU惯性测量和差分GPS定位技术，在摄影测量过程中，可以直接获取摄影光束曝光瞬间的空间位置和姿态，代替了传统摄影测量野外控制点的布设和观测工作，降低了制图成本，提高了经济效益。然而由于现有科技和理论研究的局限性，POS辅助航空摄影测量仍然存在很多不足，直接影响到观测结果的精度。随着科技的发展及理论研究和技术研究的逐步深入，POS辅助航空摄影测量技术的工艺会不断改进，精度会不断提高，应用前景将更为广泛。endprint