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随着科学技术的进步,传统的测绘方式已经不能满足人们空间信息快速获取与更新的需要,测绘科技工作者必须寻求新的、高效廉价的空间数据获取技术和方式。在这种需求下,MMS(移动测绘系统)应运而生,成为制图新技术的典型代表。在MMS中,摄影平台的定位测姿是整个系统的重要的组成部分之一,如何通过GPS、INS等传感器来直接计算摄影平台的位置姿态等空间信息是当前的研究热点。这种直接计算方式和传统的通过地面控制点间接计算方式相比,具有极大的优越性。它结合多个学科的理论,为摄影平台外方位元素的获取提供了全新的手段。
论文系统地讨论了SINS/DGPS组合测姿算法,分别给出了适合不同精度的MMS系统的SINS/DGPS数据集成方案。论文的主要研究内容包括:
1、根据标定模型补偿了SINS的惯性器件的安装误差和常值误差,在此基础上进行了SINS初始对准和解算算法的计算机程序;
2、提出采用三阶跟踪微分器从单天线DGPS的定位信息中提取出载体的速度和加速度的算法,推导了速度和加速度计算车辆姿态信息的方法;
3、分别建立了高精度SINS/DGPS和中低精度SINS/DGPS组合系统模型,讨论了SINS/DGPS组合中卡尔曼滤波器的总体形式和结构,给出了组合测姿的通用状态方程;
4、针对高精度SINS/DGPS组合系统中航向角可观性弱的问题,通过可观性分析设计了车辆运动起始的150s最优起始路径;
5、结合UD滤波和Sage-Husa自适应滤波算法各自的优点进行综合,提出了基于UD分解的Sage-Husa自适应滤波算法。在预设量测噪声统计特性不准确的情况下,该算法能克服了Sage-Husa自适应滤波容易发散的缺陷,较为准确地估计出量测噪声方差阵,使滤波结果达到最优;
6、针对以上研究内容进行了计算机仿真,在计算机仿真的基础上进行了一系列的测姿实验和半实物仿真,实验得到以下结论:①高精度SINS(陀螺等效漂移为0.03°/h,加速度计等效零偏为100μg)和GPS组合系统最终的三维姿态误差为(0.005°,-0.021°,0.05°),基本满足常规的高精度MMS系统姿态精度小于0.05°的要求;②中低精度SINS(陀螺漂移为5°/h,加速度计等效零偏为10mg)和GPS组合系统最终的三维姿态误差为(-0.0863°,-0.0431°,0.1839°),满足中低精度MMS系统姿态精度小于3°的要求。实验结果证明了本文所设计算法的有效性和所设计的SINS/DGPS组合测姿模型的可用性。