一種基于gnss/mems定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法，利用GNSS芯片與MEMS芯片組合制成組合芯片模塊，組合芯片模塊數(shù)據(jù)能同步采集、存儲(chǔ)GNSS衛(wèi)星的接收機(jī)數(shù)據(jù)和MEMS傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)；對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)后處理、反饋校正，得到高精度的位置信息以及姿態(tài)角信息，再使用測(cè)區(qū)處的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化軟件得到測(cè)圖坐標(biāo)系的位置；將求得的位置信息、姿態(tài)角信息作為起算數(shù)據(jù)，經(jīng)過偏心距改正、偏心角改正后，提供航空攝影測(cè)量中所需的外方位元素，實(shí)現(xiàn)無須地面控制的低空三角測(cè)量。本發(fā)明減少飛行的旁向重疊度，提高工作效率，降低成本，降低無人機(jī)測(cè)繪時(shí)戶外作業(yè)人員的工作量；解決了在地形惡劣區(qū)域開展無人機(jī)測(cè)繪無法通過設(shè)置地面控制點(diǎn)保障測(cè)繪精度的難題。
【專利說明】
一種基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及低空攝影測(cè)量領(lǐng)域，具體是一種基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參 考低空三角測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量多是用來解決大區(qū)域小比例尺的成圖，針對(duì)近年來測(cè)量領(lǐng)域 中出現(xiàn)的小區(qū)域大比例尺成圖問題，若仍使用常規(guī)航空攝影時(shí)常會(huì)出現(xiàn)成本高、機(jī)動(dòng)靈活 性差、受天氣影響大等問題，所以基于低空無人飛行器和常規(guī)數(shù)碼相機(jī)的低空三角測(cè)量技 術(shù)是近年來攝影測(cè)量領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。通常其采用的數(shù)據(jù)采集裝置一般是低空攝影平臺(tái) (無人機(jī)、無人飛艇等)和普通的多鏡頭集成的小型數(shù)據(jù)相機(jī)，前者因其質(zhì)量小、飛行航高低 等特點(diǎn)，所以極易受氣流的影響、航線保持困難且彎曲度大、像片旋偏角相對(duì)于常規(guī)的航空 攝影測(cè)量較大、影像的重疊度規(guī)律性小;后者在獲取影像時(shí)其幅面較小(Nikon D100相機(jī)的 像幅為23.7mm X 15.6mm，Canon 5D相機(jī)的像幅為35.8mm X 23.9mm)，數(shù)量多、影像的傾角過 大（根據(jù)統(tǒng)計(jì)k角在±35度之間）、重疊度不規(guī)則（存在航向重疊度<30%，旁向重疊度< 20%)等問題，相對(duì)應(yīng)的地面覆蓋范圍有限。這就導(dǎo)致相同測(cè)區(qū)面積下其像片的個(gè)數(shù)會(huì)多于 常規(guī)的空中三角測(cè)量時(shí)的像片數(shù)，加密時(shí)的像片連接點(diǎn)的個(gè)數(shù)也會(huì)多于常規(guī)的空中三角測(cè) 量，此時(shí)若依舊按照傳統(tǒng)的空中角測(cè)量的要求來布設(shè)地面像控點(diǎn)時(shí)，就會(huì)極大的增加外業(yè)、 內(nèi)業(yè)的工作量。
[0003] 另一方面無人機(jī)航拍時(shí)影像的旁向重疊度一般比較大，本身無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間較 短，這就進(jìn)一步減小了無人機(jī)一次飛行時(shí)的區(qū)域面積。
[0004] 為了實(shí)時(shí)的查看飛行器的姿態(tài)狀態(tài)，一般的飛行器上均安裝有MEMS(微機(jī)電系統(tǒng)， Micro-Electro-Mechanical System)傳感器，使用采集到的三軸陀螺器件數(shù)據(jù)、三軸加速 度計(jì)器件數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給飛行控制系統(tǒng)，計(jì)算出飛行器的姿態(tài)角，這種姿態(tài)角的精度一般 很低，不能直接用來替代影像的外方位角元素，此外飛行控制系統(tǒng)中通常不會(huì)存儲(chǔ)IMU數(shù) 據(jù)，因而不能通過測(cè)量后處理方法來提高姿態(tài)角的測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種提高工作效率、降低成本、大幅度降低了無人機(jī)測(cè)繪 時(shí)戶外作業(yè)人員工作量、提高精度的基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量 方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法，由以下步驟組成：
[0008] (1)根據(jù)待測(cè)繪區(qū)域的地理參數(shù)，在地面飛行控制系統(tǒng)中繪制航帶、曝光點(diǎn)位置， 選擇出合適的GNSS基站安置位置；
[0009] (2)GNSS芯片與MEMS芯片組合制成組合芯片模塊，將含有組合芯片模塊的天線安 裝在相機(jī)的正上方，GNSS基站的接收機(jī)還接受地面飛行控制系統(tǒng)或者相機(jī)在曝光點(diǎn)處發(fā)出 的脈沖信號(hào)；
[0010] (3)完成無人飛行器起飛前的檢查工作之后，讓GNSS基站的接收機(jī)開始記錄觀測(cè) 數(shù)據(jù)，組合芯片模塊數(shù)據(jù)能同步采集、存儲(chǔ)GNSS衛(wèi)星的接收機(jī)數(shù)據(jù)和MEMS傳感器發(fā)來的數(shù) 據(jù)；
[0011] (4)無人飛行器依據(jù)觀測(cè)之前在地面飛行控制系統(tǒng)中設(shè)置的航線進(jìn)行飛行，地面 飛行控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看無人飛行器所處的位置、姿態(tài)信息，當(dāng)無人飛行器飛至指定的位置 時(shí)向相機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，相機(jī)完成一次拍照，同時(shí)組合芯片模塊同步記錄該脈沖信號(hào)，并將 脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)；
[0012] (5)飛行完成后，收集組合芯片模塊中記錄的GNSS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)、MEMS傳感器的數(shù) 據(jù)、GNSS基站的接收機(jī)數(shù)據(jù)，利用P0S后處理軟件進(jìn)行觀測(cè)后處理，實(shí)時(shí)對(duì)MEMS傳感器中陀 螺和加速度計(jì)的器件誤差進(jìn)行反饋校正，得到高精度的位置信息以及姿態(tài)角信息，再使用 測(cè)區(qū)處的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化軟件得到測(cè)圖坐標(biāo)系的位置；
[0013] (6)將求得的位置信息、姿態(tài)角信息作為起算數(shù)據(jù)，經(jīng)過偏心距改正、偏心角改正 后，采用SITF特征匹配與金字塔影像匹配相結(jié)合的轉(zhuǎn)點(diǎn)策略，自動(dòng)提取測(cè)繪航線間的自動(dòng) 轉(zhuǎn)點(diǎn)，采用相應(yīng)的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償模型利用影像量測(cè)程序進(jìn)行統(tǒng)一光束法區(qū)域網(wǎng)平差。
[0014] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:組合芯片模塊中GNSS芯片與MEMS芯片采集數(shù)據(jù)時(shí)間同 步精度達(dá)到lys。
[0015] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:組合解算后的位置需要經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成測(cè)圖坐標(biāo)系，位 置經(jīng)過偏心距改正、姿態(tài)角經(jīng)過偏心角改正后，才能導(dǎo)入空三軟件。
[0016] 本發(fā)明的原理：
[0017] GNSS基站數(shù)據(jù)、移動(dòng)站數(shù)據(jù)、MEMS傳感器的數(shù)據(jù)的差分組合定位定向處理，通過卡 爾曼濾波遞推算法，實(shí)時(shí)校正出MEMS傳感器中的器件誤差，求出每一個(gè)觀測(cè)歷元機(jī)載GNSS 天線的空間坐標(biāo)和無人飛行器的姿態(tài)角。
[0018]機(jī)載GNSS接收機(jī)能在相機(jī)曝光時(shí)同時(shí)收到觸發(fā)脈沖，并將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化記錄成 GPS時(shí)，利用插值方法，由相鄰兩個(gè)歷元的機(jī)載GNSS天線位置內(nèi)插航攝儀曝光時(shí)刻GNSS攝站 坐標(biāo)。
[0019]以轉(zhuǎn)化后的位置和姿態(tài)角為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)統(tǒng)一平差，其一般通用 的方程形式如下：
[0021]式中，[Xa Ya Za]t是GNSS攝站坐標(biāo)，[Xs Ys Zs]T是外方位線元素，R是有外方位角元 素構(gòu)成的3維旋轉(zhuǎn)矩陣，[u v w]T是機(jī)載GNSS接收機(jī)天線和相機(jī)的偏心距，[ax ay az]T、[bx bY bz]T是GNSS移動(dòng)站位置漂移誤差。
[0022]基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法，系統(tǒng)精度主要受到三 個(gè)方面的影響。一是無人機(jī)本身穩(wěn)定差，飛行高度低、載荷低等特點(diǎn)；而是使用的相機(jī)屬于 非量測(cè)型相機(jī)，相機(jī)畸變大;三是MEMS傳感器較傳統(tǒng)的光纖慣導(dǎo)、激光慣導(dǎo)來說，精度低很 多。以上三方面的原因共同決定了，按照目前本發(fā)明中使用的器材精度水平來說，一般能達(dá) 到1:2000的數(shù)字正攝影像(DLG)的精度。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0024]針對(duì)目前低空無人飛行器中MEMS設(shè)備數(shù)據(jù)僅單次實(shí)時(shí)利用，且仍沿用傳統(tǒng)空三加 密控制的方法，本發(fā)明提出一種基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法。 以集成GNSS/MEMS于一體的組合芯片模塊為主要單元的傳感器一方面把數(shù)據(jù)發(fā)給地面飛行 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算出位置、姿態(tài)角，另一方面存儲(chǔ)起來，用于事后組合處理計(jì)算出高精度位 置參數(shù)作為航片的外方位線元素，高精度姿態(tài)角信息作為航片的外方位角元素，直接提供 航空攝影測(cè)量中所需的外方位元素，實(shí)現(xiàn)無須地面控制的低空三角測(cè)量。另一方面本發(fā)明 可減少飛行的旁向重疊度，提升了每次飛行作業(yè)的最大飛行區(qū)域，不僅提高了工作效率，而 且大大降低了成本，大幅度降低了無人機(jī)測(cè)繪時(shí)戶外作業(yè)人員的工作量;解決了在山地、丘 陵等地形惡劣區(qū)域開展無人機(jī)測(cè)繪無法通過設(shè)置地面控制點(diǎn)保障測(cè)繪精度的難題。
【附圖說明】
[0025]圖1是基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方程流程圖；
[0026] 圖2是基于GNSS/MEMS組合的無地面參考空三測(cè)量原理圖。
[0027] 圖3是含構(gòu)架航線的某次測(cè)試飛行軌跡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例中，一種基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法， 采用的技術(shù)步驟包括：
[0031] (1)根據(jù)待測(cè)繪區(qū)域的地理參數(shù)，包括位置、形狀、面積等，在地面飛行控制系統(tǒng)中 繪制航帶、曝光點(diǎn)位置等，選擇出合適的GNSS基站位置。
[0032] 為減少測(cè)區(qū)內(nèi)像控點(diǎn)的布設(shè)，通常需加飛若干條與測(cè)圖航線近似垂直的航線，即 構(gòu)架航線。其主要作用是在基本航線的兩端起到高程控制點(diǎn)的作用，通過四角平高控制點(diǎn) 加2條垂直構(gòu)架航線的地面控制方案來改正GNSS攝站的坐標(biāo)系統(tǒng)漂移誤差。它在保證精度 的基礎(chǔ)上，盡量減少外業(yè)工作量。構(gòu)架航線的間隔基線數(shù)應(yīng)保持在基本航線上不超過30條 基線布設(shè)1條。構(gòu)架航線的航高比常規(guī)航線高15%，航向覆蓋超出邊界4條基線，旁向覆蓋超 出邊界像幅的50%。常規(guī)航線航向平均重疊度為64%，旁向平均重疊度為32% ;構(gòu)架航線航 向平均重疊度為80%。
[0033] (2)將一體化GNSS/MEMS組合芯片為主要模塊構(gòu)成的輕巧緊湊型設(shè)備的天線安裝 在相機(jī)的正上方，接收機(jī)還接受地面飛行控制系統(tǒng)或者相機(jī)的在曝光點(diǎn)處發(fā)出的脈沖信 號(hào)。
[0034] (3)完成無人飛行器起飛前的檢查工作之后，讓GNSS基站的接收機(jī)開始記錄觀測(cè) 數(shù)據(jù)，組合芯片模塊數(shù)據(jù)能同步采集、存儲(chǔ)GNSS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)和MEMS傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)。 [0035] (4)無人飛行器依據(jù)事先在地面飛行控制系統(tǒng)中上傳的航線飛行，地面飛行控制 系統(tǒng)可實(shí)時(shí)查看出無人飛行器所處的位置、姿態(tài)等各項(xiàng)指標(biāo)，當(dāng)飛至指定的位置時(shí)向相機(jī) 發(fā)出脈沖信號(hào)，相機(jī)完成一次拍照，同時(shí)組合芯片同步記錄該脈沖信號(hào)，并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的時(shí) 間數(shù)據(jù)。
[0036] (5)飛行完成后，收集機(jī)載GNSS的接收機(jī)中記錄的衛(wèi)星數(shù)據(jù)、MEMS傳感器的數(shù)據(jù)、 GNSS基站數(shù)據(jù)等其他參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。本發(fā)明中采用21階的卡爾曼濾波器，使用 GNSS/INS的松散組合，以地固坐標(biāo)系做為導(dǎo)航坐標(biāo)系，因系統(tǒng)的狀態(tài)方程是非線性方程，所 以先線性化誤差狀態(tài)方程可寫成：
[0038] 式中：Sre位置誤差，SVe速度誤差，e姿態(tài)誤差，d、b、K b、Kd依次是陀螺和加表的零偏 和刻度因子，被表示成一階馬爾科夫過程;Fe是比力fe的反對(duì)稱矩陣，Ne是三維位置量的函 數(shù)，是地球自轉(zhuǎn)角速度的反對(duì)稱矩陣，是載體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到地固坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩 陣，fb是加表輸出的比力觀測(cè)值，陀螺輸出的角速度，A、B、C、D是相關(guān)時(shí)間，wb、wd、wk b、wkd 是白噪聲。狀態(tài)量由21維向量構(gòu)成。
[0039]公式可簡(jiǎn)寫成：
[0040] Xe(t)=Fe(t)Xe(t)+Geff (3)
[0041] 式中:Fe是連續(xù)時(shí)間形式下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，G是噪聲增益矩陣，G，是系統(tǒng)噪聲。
[0042] ^=(0 ^ + 〇 If If W, (4)
[0043]公式的離散化形式如下（即公式所對(duì)應(yīng)的解）：
[0044] Xk+i/k= (I)k+i/kXk/k+T K+i/Kffk/k (5)
[0045] 式中，r是離散形式下的系統(tǒng)噪聲增益矩陣。
[0046] GNSS/INS組合系統(tǒng)中的量測(cè)更新觀測(cè)值是GNSS和INS在地固坐標(biāo)系下的位置和速 度的差： 廣娜―廣痛.
[0047] Z = Lu - '」（6)
[0048]量測(cè)更新系數(shù)矩陣為：
[0049] H=[I6 06xi5]
[0050] 按照公式和公式把濾波進(jìn)行下去，實(shí)時(shí)對(duì)MEMS傳感器中陀螺和加速度計(jì)的器件誤 差進(jìn)行反饋校正，提高了姿態(tài)的可觀測(cè)性和估計(jì)精度，得到高精度的位置量、姿態(tài)角。表3給 出了在不同的組合模式下系統(tǒng)的精度。可以看出僅使用GNSS單點(diǎn)定位做組合，得到的米級(jí) 位置精度、俯仰角和橫滾角精度是0.3°、航向角0.3°，對(duì)相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理后，位置精 度提升到厘米級(jí)、俯仰角和橫滾角是0.025°、航向角0.08°。
[0051] (6)將求得的位置量、姿態(tài)角作為起算數(shù)據(jù)，位置經(jīng)過偏心距改正、姿態(tài)角經(jīng)過偏 心角改正后，采用SITF特征匹配與金字塔影像匹配相結(jié)合的轉(zhuǎn)點(diǎn)策略，自動(dòng)提取測(cè)繪航線 間的自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)，采用相應(yīng)的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償模型利用影像量測(cè)程序進(jìn)行統(tǒng)一光束法區(qū)域網(wǎng)平 差。
[0052]本發(fā)明采用了集成GNSS的OEM板卡和MEMS慣性測(cè)量單元于一體的微芯片技術(shù)。表1 和表2中列出了 MEMS慣性測(cè)量單元的性能指標(biāo)參數(shù)，表3是不同組合模式下系統(tǒng)的精度水 平。圖3是某次飛行航線的示意圖，表4列出了該次飛行下GNSS/MEMS組合解算時(shí)曝光瞬間天 線坐標(biāo)和姿態(tài)角的部分?jǐn)?shù)據(jù)。第1至549號(hào)點(diǎn)是常規(guī)航線的曝光點(diǎn)信息，第550至617號(hào)點(diǎn)是 構(gòu)架航線上的曝光點(diǎn)信息，可以看出構(gòu)架航線的航高比普通航線高15 %。
[0053] 一體化的集成芯片操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品化程度高，穩(wěn)定性高，同時(shí)也大幅度降低了系統(tǒng) 的整體質(zhì)量，產(chǎn)品體積約在l〇5mmX 70mmX 30mm，重量?jī)H380g，這種輕巧緊湊型的設(shè)計(jì)滿足 無人機(jī)上應(yīng)用的特點(diǎn)。本發(fā)明中在地面架設(shè)GNSS基站，采用差分定位的模式最大程度的提 高系統(tǒng)精度，節(jié)省了在常規(guī)無人機(jī)測(cè)繪領(lǐng)域需要人工到測(cè)區(qū)采集校正點(diǎn)校正拼圖誤差的工 作。另一方面因本發(fā)明對(duì)GNSS/MEMS數(shù)據(jù)采用后處理的模式，姿態(tài)角精度大幅圖提升，所以 本發(fā)明在飛行作業(yè)時(shí)，可減少飛行的旁向重疊度，提升了每次飛行作業(yè)的最大飛行區(qū)域，不 僅提高了工作效率，而且大大降低了成本，大幅度降低了無人機(jī)測(cè)繪時(shí)戶外作業(yè)人員的工 作量;解決了在山地、丘陵等地形惡劣區(qū)域開展無人機(jī)測(cè)繪無法通過設(shè)置地面控制點(diǎn)保障 測(cè)繪精度的難題。
[0054] 表1 MEMS傳感器中加速度計(jì)指標(biāo)
[0056] 表2 MEMS傳感器中陀螺儀指標(biāo)
[0058] 備注:GNSS輸出頻率5Hz，慣導(dǎo)輸出頻率200Hz。
[0059] 表3 GNSS/MEMS組合性能參數(shù)指標(biāo)(RMS)
[0062]表4某次飛行下GNSS/MEMS組合解算曝光瞬間天線坐標(biāo)和姿態(tài)角的部分?jǐn)?shù)據(jù)



[0067]針對(duì)目前低空無人飛行器中MEMS設(shè)備數(shù)據(jù)僅單次實(shí)時(shí)利用，且仍沿用傳統(tǒng)空三加 密控制的方法，本發(fā)明提出基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法。MEMS 傳感器一方面把數(shù)據(jù)發(fā)給地面飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算姿態(tài)角信息，另一方面將數(shù)據(jù)進(jìn) 行存儲(chǔ)，以便用于GNSS事后組合處理，進(jìn)而計(jì)算位置參數(shù)作為航片的外方位線元素，姿態(tài)角 信息作為航片的外方位角元素，從而解決航空攝影測(cè)量中所需要的外方位元素，實(shí)現(xiàn)無須 地面控制的低空三角測(cè)量。
[0068]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0069]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法，其特征在于，由以下 步驟組成： (1) 根據(jù)待測(cè)繪區(qū)域的地理參數(shù)，在地面飛行控制系統(tǒng)中繪制航帶、曝光點(diǎn)位置，選擇 出合適的GNSS基站安置位置； (2) GNSS芯片與MEMS芯片組合制成組合芯片模塊，將含有組合芯片模塊的天線安裝在 相機(jī)的正上方，GNSS基站的接收機(jī)還接受地面飛行控制系統(tǒng)或者相機(jī)在曝光點(diǎn)處發(fā)出的脈 沖信號(hào)； (3) 完成無人飛行器起飛前的檢查工作之后，讓GNSS基站的接收機(jī)開始記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)， 組合芯片模塊數(shù)據(jù)能同步采集、存儲(chǔ)GNSS衛(wèi)星的接收機(jī)數(shù)據(jù)和MEMS傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)； (4) 無人飛行器依據(jù)觀測(cè)之前在地面飛行控制系統(tǒng)中設(shè)置的航線進(jìn)行飛行，地面飛行 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看無人飛行器所處的位置、姿態(tài)信息，當(dāng)無人飛行器飛至指定的位置時(shí)向 相機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，相機(jī)完成一次拍照，同時(shí)組合芯片模塊同步記錄該脈沖信號(hào)，并將脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)； (5) 飛行完成后，收集組合芯片模塊中記錄的GNSS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)、MEMS傳感器的數(shù)據(jù)、 GNSS基站的接收機(jī)數(shù)據(jù)，利用POS后處理軟件進(jìn)行觀測(cè)后處理，實(shí)時(shí)對(duì)MEMS傳感器中陀螺和 加速度計(jì)的器件誤差進(jìn)行反饋校正，得到高精度的位置信息以及姿態(tài)角信息，再使用測(cè)區(qū) 處的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化軟件得到測(cè)圖坐標(biāo)系的位置； (6) 將求得的位置信息、姿態(tài)角信息作為起算數(shù)據(jù)，經(jīng)過偏心距改正、偏心角改正后，采 用SITF特征匹配與金字塔影像匹配相結(jié)合的轉(zhuǎn)點(diǎn)策略，自動(dòng)提取測(cè)繪航線間的自動(dòng)轉(zhuǎn)點(diǎn)， 采用相應(yīng)的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償模型利用影像量測(cè)程序進(jìn)行統(tǒng)一光束法區(qū)域網(wǎng)平差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法，其 特征在于，組合芯片模塊中GNSS芯片與MEMS芯片采集數(shù)據(jù)時(shí)間同步精度達(dá)到Iys。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GNSS/MEMS定位定向的無地面參考低空三角測(cè)量方法，其 特征在于，組合解算后的位置需要經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成測(cè)圖坐標(biāo)系，位置經(jīng)過偏心距改正、姿態(tài)角 經(jīng)過偏心角改正后，才能導(dǎo)入空三軟件。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK105910582SQ201610152362
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】孫紅星, 丁學(xué)文, 王暉
【申請(qǐng)人】孫紅星