航空攝影測量中POS系統高精度定位技術

高曉軍

摘 要：航空技術和飛行器設計制造水平的不斷發展和進步，使航空科技的應用范圍更加廣大和寬泛，其中利用航空技術而開展的攝影測量工作就是極為典型的應用代表。而在空中對測量目標進行定位就需要擁有一個高精度和先進定位技術的控制系統來操控，這就是POS系統，其定位的精準程度和相關技術的應用水平都很高，得到了很多人的青睞，本文就著重分析這種系統的定位功能和類型，以及具體的實踐應用情況。

關鍵詞：航空；攝影測量；POS系統；高精度；定位技術

引言

POS系統的本質就是為了攝影測量提供定位性質的輔助服務和相應的技術支持，其系統內部的組成架構較為合理而簡單，用于高空作業環境中是極為合適的，能夠迅速精巧的針對所需要進行攝影和測量的目標進行跟蹤式的定位，并且實現了精準的定位操控，簡化了測量工作所需的程序和流程，提高了測量工作的效率和獲取定位信息的精準性。

1航空攝影測量中POS定位技術類型

1.1 POS直接定向法

利用航空技術為載體的攝影和測量工作，在這個過程中最關鍵的要點就是要利用POS系統的功能進行方向上的確認和最終定位。可以根據不同參照物體來確定相對位置，或者開展內部方向定位、外部方向定位等定位操作。利用系統來完成定向定位之后，就可以通過攝像獲取的目標形態來分析其具備的各種方位性要素和關鍵節點，尤其是內外部定位要素節點以及在空間中的相對位置信息之間存在的關系是這種直接性質的定向方法內容中的重點關注對象，這些獲取的參數和數據信息能夠用來確立測量和攝影的目標對象，并且獲得到相應的準確定位信息，根據數據核算方法和推算就可以得知目標對象在相對的空間位置中的實時狀態，對存在的誤差和偏差進行更正以及修改，達到最高的精度標準狀態下的相關數據和元素坐標，這種測量模式和方法最適用在地圖測繪比例尺不高，而且攝影測量的工作環境很差的情況下，以及對于精度方面的要求不是很高的工作中。

1.2 POS輔助空中三角測量法

這種方法的主要做法就是將系統通過定位分析得出的坐標和元素要點等相關信息和數據作為已知的帶權狀態下的觀測數值，以此為基礎來獲得高精準程度的方位要素，這種方法需要大量的集成性質的傳感設備才能實現測量的目標，能夠利用POS系統內部獲取的直接測量定向而得到的三個姿態性角元素，以及外部方位定向元素所代表的三個角元素，將它們進行轉化和互換，這種方法關鍵在于元素之間的轉換，且精度要求比其他方法高。

2航空攝影測量中POS系統高精度定位技術的應用

2.1擬定適當方案

航空攝影之中，POS被設定成必備的載體，可以拍攝照片，它凸顯了不可替換的攝影價值。POS范疇內的新穎技術，含有GPS、常用慣性導航，二者被整合在一起。對于不同裝置，設定好的精度水準都會有著差異；與此同時，POS涵蓋著的偏差長度，也會影響照片。各類的攝像機擬定的側重點、拍攝得出來的精度都含有差值。POS融匯了導航思路、DGPS這一新穎思路，擁有二者共性。它搭配的硬件，含有定位配件、微機處理配件、依托慣性的導航；對應著的軟件，設定了后續處理。依托微機體系，獲取關聯的信息。獲取坐標以后，把它與擬定好的坐標予以對比，獲取偏差參數。POS路徑下的運算定位，含有雙重步驟。在第一步內，可得的信息涵蓋了IMU、DGPS雙重的信息。選取濾波算法以便存留這樣的信息。在第二步中，選取存留下來的這類信息，依托平滑濾波予以后續的運算。糾正開環偏差，獲取最優參數。

2.2定位必備的濾波運算

2.2.1新式定位濾波

在定位體系內，卡爾曼特有的濾波裝置查驗得到多樣的數據，包含定位數據。從這一視角看，定位時的精準性緊密關系著測得的數值，凸顯偏大影響。除此以外，IMU這樣的精度也被提升，應當標定補償。可以簡化慣用的模型，采納事后處理。卡爾曼濾波表現出來的特性，關系著狀態維數、現有的存儲量。因此，應能縮減初始的這類維數。

2.2.2解析平滑濾波

對于搜集信息，可以事后解析。飛行攝影之中，POS緊密銜接起了各時段的搜集信息，充分予以運用。在很大程度上，它增添了固有的體系精度。固定區間以內，采納平滑算法，延展得出新穎的流程及算法。著手去運算時，還應算出原有的卡爾曼濾波。在這種根基上，算出這一區段內的其他關聯數值。這類算法精準，適宜系統運算。詳細而言，設定了N這樣的導航時段、t這樣的時間隔斷。在初始時點上，后續N時段內都應分別去解析誤差，算出估測數值。經過估測以后，儲存這樣的數值，以便算出固定范疇內的平滑值。采納這類途徑，要求微機之內含有更大的存留空間，常用事后處理。

2.3創設濾波模型

在POS架構內，依托濾波器來識別明晰的定位，設定精準定位。創設系統模型，關系著更大范疇的濾波結果。針對航空背景，擬定誤差建模。POS預設了更高水準的初始精度，為此必須予以標定補償。IMU這樣的常用模型，可被簡化處理，把它變更為隨機態勢下的常數數值，考慮白噪聲。事后處理之中，隨時都要存留各時段的狀態信息，同時存儲濾波。卡爾曼濾波凸顯的實時特性，關乎存儲總量及設定好的維數。簡化塑造模型，減小這類維數，便利了隨時去存留信息。

2.4查驗運算效果

對于雙向濾波，查驗它的運算成效。擬定了POS特有的測驗體系，搜集了IMU、關聯的DGPS類別文件。這些文件之內，含有流動數據、飛行時的方位、飛行速率狀態，含有同步文件。依照選出來的精準格式來妥善提取數值，設定雙向濾波。在測驗范疇內，陀螺表現出來的偏差穩定特性為每小時0.1。加速度累積得出來的這類偏差，為0.0008克。接收機有著雙頻的特性；經過差分處理，獲取了每秒0.1米的初始速率、0.1米的方位精度。運算慣性導航，設定了50Hz這一精準頻率；對應著的輸出頻率，包含5Hz。濾波組合周期，設定為0.3秒。

經過驗算可得院雙向濾波顯現出來的整體偏差，對比前向偏差是顯著縮減的，誤差均方差也被縮減。這類縮小偏差，含有濾波位置、相關速率信息。這就可以表明：雙向濾波凸顯了更為優良的總精度。飛行試驗含有更大的波動傾向，在局部區段內改善并不凸顯；但綜合來識別，可以提升精度。

結束語：

POS輔助航空攝影測量是對傳統攝影測量技術的重要革新，融合了IMU慣性測量和差分GPS定位技術，在攝影測量過程中，可以直接獲取攝影光束曝光瞬間的空間位置和姿態，代替了傳統攝影測量野外控制點的布設和觀測工作，降低了制圖成本，提高了經濟效益。然而由于現有科技和理論研究的局限性，POS輔助航空攝影測量仍然存在很多不足，直接影響到觀測結果的精度。隨著科技的發展及理論研究和技術研究的逐步深入，POS輔助航空攝影測量技術的工藝會不斷改進，精度會不斷提高，應用前景將更為廣泛。

參考文獻：

[1]張雪萍.POS輔助航空攝影測量多片直接對地目標定位的質量分析[J]. 測繪科學. 2013（01）

[2]朱正榮.航空攝影測量中POS系統誤差分析及應用研究[J].科技創新導報. 2014（02）