快捷导航

浅谈GNSS/INS与差分软件对于测量行业的影响

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发表于 2018-8-10 13:59:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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       组合导航是指用GPS、无线电导航、天文导航、卫星导航等系统中的一个或几个与惯导组合在一起,形成的综合导航系统。大多数组合导航系统以惯导系统为主,其原因主要是由于惯性导航能够提供比较多的导航参数,还能够提供全姿态信息参数,这是其他导航系统所不能比拟的。组合导航不影响各自性能,仅输出数据组合解算的技术成为浅组合;影响到系统工作性能,使其改善性能后输出数据者称为深组合。组合导航可以兼取各系统自身的优点,弥补其缺点,并提高定位精度和数据冗余度,使导航系统具有更高的可靠性和可信度。
一、     系统构成:
大多数组合导航系统以惯导系统为主,其原因主要是由于惯性导航能够提供比较多的导航参数。还能够提供全姿态信息参数,这是其他导航系统所不能比拟的。此外,它不受外界干扰,隐蔽性好,这也是其独特的优点。惯导系统定位误差随时间积累的不足可以由其他导航系统补充。
组合导航是近代导航理论和技术发展的结果。每种单一导航系统都有各自的独特性能和局限性。把几种不同的单一系统组合在一起,就能利用多种信息源,互相补充,构成一种有多余度和导航准确度更高的多功能系统。新的数据处理方法,特别是卡尔曼滤波(见波形估计)方法的应用是产生组合导航的关键。卡尔曼滤波通过运动方程和测量方程,不仅考虑当前所测得的参量值,而且还充分利用过去测得的参量值,以后者为基础推测当前应有的参量值,而以前者为校正量进行修正,从而获得当前参量值的最佳估算。当有多种分系统参与组合时,就可利用状态矢量概念。通常,取误差本身作为状态矢量,不是对速度、方位本身等作出最佳估计,而是对速度误差、方位误差等作出最佳估计。把这一估算从实际测得的速度、方位中减去,就得到此时此刻的速度、方位等参量。组合导航实际上是以计算机为中心,将各个导航传感器送来的信息加以综合和最优化数学处理,然后进行综合显示。导航传感器包括各种导航设备和计算机外部设备等,而显示设备等都是输出设备。最基本的组合方法是以推测定位为主,定期用更高准确度的设备进行校正。
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图1.1转载于武汉际上科技有限公司(AGS300 GNSS/INS组合导航硬件图)
二、GNSS/INS导航技术
近年来全球卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)发展迅速,应用领域越来越广泛。GNSS、INS两种导航系统在导航定位方面各具优势,同时也具有自身的缺陷。将两者组成一个组合导航系统,可提高系统的整体导航精度和性能,实现单独导航系统所无法比拟的导航优势。GNSS/INS组合导航技术已广泛应用于实时导航、移动导航、移动地图匹配、车载定位等,正在得到空前的发展。该技术受到普遍关注,是最受关注的研究热点和发展方向之一。
GNSS/INS组合导航系统结合了全球卫星定位和惯性导航的优势,该系统不仅能否提供载体的位置、速度和姿态信息,而且能够长时间的高精度导航,并具有高数据采样率以及抗差性。GNSS/INS组合导航具有优势互补的特点,能够扬长避短、充分发挥了两种技术的优势。GNSS和INS的组合,既可以在硬件上实现,也可以采用软件的方式实现。
三、差分软件
但对于测量行业来讲,无人机采集所得数据,必须要采用差分技术对曝光点间进行内插,才可以提供有效的服务数据。对于差分产品,国内外产商都在乐此不疲的进行研究。主要是在算法优化,内插精度上进行突破。而对于导航系统而言,更多关注的是对飞机飞行速度、稳定性、姿态能有更好的反馈。我们以手上现有的武汉市际上导航科技有限公司差分产品为例。
AGS300作为国内最早一批做差分软件的际上导航而言,AGS300应该算是行业内不可多得的组合导航和差分组合的优秀产品,不管机身在航飞过程中,发生了怎样的倾斜,它都可以精确地提供位置、速度和三维姿态信息。经过专业软件解算,AGS300提供的三维位置精度可达0.05米,速度0.02 /秒,航向精度达到0.08度,俯仰横滚精度达到0.03度,数据率高达200HZ。无人机航空遥感可以完全免除地面像控点,特别适用于条带状测区、不规则形状测区、大块水域测区和高海拔测区的无人机航测,并且可以广泛应用于无人机激光扫描等其他直接地理参考航空遥感领域。
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图2.1差分后未加入惯导计算成果图
作为现代无人机差分软件,结合组合导航来提高精度已经是一个明显的趋势,AGS300的研发,综合了Gnss导航和Ins导航,作为中国为数不多的导航差分结合的系统,精度方面有明显提高。
四、结束语
随着组合导航技术的日渐成熟、中国北斗系统的日益完善。组合导航和差分系统将慢慢给无人机测量领域,乃至整个测绘领域带来一次高精度的大变革。而现有的成果,仅仅是测量领域一个好的开端。组合导航和差分软件的配合优化将是国内外学者继续深度研究的重要方向。
  --------郭立志
  咨询 18627773088

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