航空摄影测量中POS系统高精度定位技术

高晓军

摘 要：航空技术和飞行器设计制造水平的不断发展和进步，使航空科技的应用范围更加广大和宽泛，其中利用航空技术而开展的摄影测量工作就是极为典型的应用代表。而在空中对测量目标进行定位就需要拥有一个高精度和先进定位技术的控制系统来操控，这就是POS系统，其定位的精准程度和相关技术的应用水平都很高，得到了很多人的青睐，本文就着重分析这种系统的定位功能和类型，以及具体的实践应用情况。

关键词：航空；摄影测量；POS系统；高精度；定位技术

引言

POS系统的本质就是为了摄影测量提供定位性质的辅助服务和相应的技术支持，其系统内部的组成架构较为合理而简单，用于高空作业环境中是极为合适的，能够迅速精巧的针对所需要进行摄影和测量的目标进行跟踪式的定位，并且实现了精准的定位操控，简化了测量工作所需的程序和流程，提高了测量工作的效率和获取定位信息的精准性。

1航空摄影测量中POS定位技术类型

1.1 POS直接定向法

利用航空技术为载体的摄影和测量工作，在这个过程中最关键的要点就是要利用POS系统的功能进行方向上的确认和最终定位。可以根据不同参照物体来确定相对位置，或者开展内部方向定位、外部方向定位等定位操作。利用系统来完成定向定位之后，就可以通过摄像获取的目标形态来分析其具备的各种方位性要素和关键节点，尤其是内外部定位要素节点以及在空间中的相对位置信息之间存在的关系是这种直接性质的定向方法内容中的重点关注对象，这些获取的参数和数据信息能够用来确立测量和摄影的目标对象，并且获得到相应的准确定位信息，根据数据核算方法和推算就可以得知目标对象在相对的空间位置中的实时状态，对存在的误差和偏差进行更正以及修改，达到最高的精度标准状态下的相关数据和元素坐标，这种测量模式和方法最适用在地图测绘比例尺不高，而且摄影测量的工作环境很差的情况下，以及对于精度方面的要求不是很高的工作中。

1.2 POS辅助空中三角测量法

这种方法的主要做法就是将系统通过定位分析得出的坐标和元素要点等相关信息和数据作为已知的带权状态下的观测数值，以此为基础来获得高精准程度的方位要素，这种方法需要大量的集成性质的传感设备才能实现测量的目标，能够利用POS系统内部获取的直接测量定向而得到的三个姿态性角元素，以及外部方位定向元素所代表的三个角元素，将它们进行转化和互换，这种方法关键在于元素之间的转换，且精度要求比其他方法高。

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、微機处理配件、依托惯性的导航；对应着的软件，设定了后续处理。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。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。

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。

参考文献：

[1]张雪萍.POS辅助航空摄影测量多片直接对地目标定位的质量分析[J]. 测绘科学. 2013（01）

[2]朱正荣.航空摄影测量中POS系统误差分析及应用研究[J].科技创新导报. 2014（02）