试论航空摄影测量中POS系统的误差问题

贾鹤玉　尹爱娟　于晓莉

摘要：本文主要分析了POS辅助航空摄影技术在使用过程中可能出现的各种误差问题，以及可以采取何种方式消除这些误差的问题，航空摄影测量是一项重要的测绘工作，在具体实施过程中，误差的出现会对航飞成果以及后续处理的测量结果造成较大影响，所以必须在误差分析的基础上消除这些误差，并获取更加精确的测量结果。

关键词：航空摄影测量；POS系统；误差

20世纪90年代以来，GPS全球定位技术在空中三角测量方面得到了非常广泛的应用，充分展示出了导航技术在测绘领域的应用优势。但是GPS全球定位技术存在着无法获取像片的姿态参数，对于外业像控制点过于依赖的问题，这对GPS全球定位技术的进一步推广和应用造成了很大的阻碍[1]。随着航空航天科技技术的进一步发展，航空摄影测量技术和惯性导航技术在航空摄影测量中得到越来越广泛的应用，POS辅助航空摄影技术开始得到广泛推广应用，POS系统能够实现直接定向测图，摆脱了对地面控制点的依赖，是航空摄影理论与实践的重大研究成果。但是机载POS系统辅助航空摄影在工作过程中会存在一定的误差，对POS系统的性能产生非常大的影响，所以我们有必要对航空摄影测量中POS系统的误差问题进行分析，以便做出更好的处理办法和应对策略。

1 卫星导航系统误差

自GPS全球定位技术应用于测绘领域以来，就凭其观察时间短以及定位精度高等优势获得了广泛的应用，但是由于GPS全球定位技术存在着无法获取像片的姿态参数以及对像控点依赖加强等问题，限制了GPS全球定位技术的进一步推广和应用，GPS全球定位技术的误差是影响定位精度的主要因素，引起卫星导航系统误差的因素主要包括卫星时钟误差、卫星星历误差、接收机设备误差、电力层与对流层折射误差以及多路径效应误差等。

卫星时钟误差和卫星星历误差是与GPS卫星关系较大的误差类型，GPS全球定位系统在工作过程中主要依靠卫星信号的传播时间来进行距离的测量，所以一旦卫星时钟出现误差，测距工作就会出现误差[2]。在GPS全球定位系统中，只有各个卫星时钟之间相互同步，并且与地面站的时钟同步才能够达到准确的测距数据，但是在具体的计时过程中很难保证各个时钟之间的绝对同步，即使使用原子时钟也会存在漂移现象，出现一定的误差。由GPS卫星星历所提供的卫星空间位置与实际位置之间存在的误差称之为卫星星历误差，由于地面监控站在向卫星注入星历数据时，会受到卫星测量以及卫星摄动因素等影响，这些因素会造成卫星星历中存在一定的误差，并且误差很难消除。

时钟误差属于GPS全球定位系统的接收机设备误差类型，时钟误差会对GPS全球定位系统的精度造成很大的影响，一般情况下，接收机时钟与卫星时钟之间每出现1s的误差，那么由这个误差所就能够引起上百米的测距误差，在测距要求的精度比较高的情况下，我们一般都会采用外接铷、外接氢等原子时钟，这样能够大大降低时钟误差对测量精度的影响。

电离层与对流层折射误差和多路径效应误差属于GPS信号传播方面的误差，卫星是以电磁波的形式与地面控制中心进行联系的，电磁波在传播过程中，必须要经过电离层和对流层，这时就会是电磁波产生一定的折射，出现延时误差。所以需要建立电离层与对流层的模型，对延时误差进行纠正。多路径效应误差指的是电磁波到达接收机过程中经过不同路径如山地、盆地、建筑物等时产生的误差，造成较大的测距误差出现[3]。

从上面的分析中能够看出，很多因素都会引起GPS定位误差，在解决卫星时钟误差和卫星星历误差时，可以采取差分GPS技术来解决。但是与接收机相关的误差很难消除，由于与接收机相关的误差比较小，所以在测量过程中也可以忽略不计。

2 惯性导航系统误差

对POS系统的惯性导航系统误差进行分析能够对POS系统的工作情况和器件质量进行评价，针对各种问题做出相应的决策。POS系统的惯性导航系统误差主要包括初始对准误差、IMU仪表误差以及计算误差与运动干扰误差等。

POS系统的惯性导航系统在进行导航解算之前要进行初始对准操作，在进行初始位置和初始速度输入时，可能会存在一定的误差，叫做初始对准误差。POS系统的初始对准能够为后续导航解算提供数学基准，所以为了获得更加准确的导航解算数据，必须减少初始对准误差的出现。POS系统的惯性器件陀螺和加速度计引起的误差称之为IMU仪表误差，包括静态误差和动态误差，由于POS系统的载体机动对惯性器件影响所产生的误差为动态误差类型，这种动态误差类型也是POS的惯性导航系统产生误差的主要原因，為了减少动态误差的出现，我们需要建立合适的模型。数字量化误差、计算过程中出现的舍入误差以及参数设置误差等都属于计算误差，由冲击和振动所引起的误差属于运动干扰误差。计算误差和运动干扰误差也是导致POS系统出现误差的主要因素，所以必须想办法消除这些误差，达到更高的精度。

POS惯性导航系统的误差是引起POS系统出现误差的重要因素，消除POS惯性导航系统误差是POS系统获取高精度姿态的关键因素，所以我们一定要加强精确的数学模型的研究，以便在计算过程中获得更加准确的数值。

3 航空摄影过程中POS系统内部不同信息源导致的时间同步误差

一般来说，POS系统的输出频率与IMU数据的输出是相同的，在航空摄影的过程中，POS系统负责接收航拍摄像机的曝光脉冲，记录该时刻的jt，但是在工作过程中经常会遇到POS系统输出时刻it与航摄设备jt不同步的现象。飞机在进行航空摄影时需要保持匀速飞行，POS系统能够通过线性内插的方式得到导航参数，由于受到种种因素的影响，飞机在进行航空摄影时很难保持匀速飞行，这时就会出现一定的误差，我们称之为时间同步误差。航摄飞机在短时间内的速度不会出现较大变化，如果线性误差内插误差控制在POS系统输出的1%以内，那么时间同步误差仅为0.3cm左右，这一误差几乎可以忽略不计。

4 结语

在航空摄影测量中，POS系统出现误差的原因有很多种，误差的出现会引起测量结果出现很大的误差，所以在使用POS辅助航空摄影技术进行操作时，一定要对可能出现的误差进行充分分析，并采取各种措施消除或者降低各种误差的出现，获得更加准确的测量结果。

参考文献：

[1]马永健.浅谈POS辅助航空摄影测量技术及应用[J].科技创新与生产力，2017（4）：8990.

[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（2）：1518.

[3]阿裕林.航空摄影测量中POS系统高精度定位技术的探讨[J].地球，2015（12）：143144.