高精度定位定姿系统

发布时间:[2020-09-21] 来源:[武汉大学多源智能导航实验室] 点击量:[12353]

定位定姿系统(Position and Orientation System,POS)是GNSS/INS组合导航技术在移动测图技术(Mobile Mapping Technology,MMT)领域的一个应用,为摄影测量相机和激光扫描雷达(LiDAR)等设备捕捉的每帧影像提供精确的直接位置和姿态信息(Direct Geo-reference)。由于我们研究中心与学校其他测绘遥感相关院系和重点实验室的关系密切,因此GNSS/INS组合导航技术被优先应用于POS系统的研发,享受“近水楼台”之利。目前,我们已经成功实现了POS系统产业化应用,形成了不同精度等级的系列化产品,并开发了我国首套产品化POS数据处理软件——GINS,打破了POS产品长期被国外公司垄断的被动局面,使得我国敏感的测绘数据信息能够得到有效保护。

POS算法与传统的GNSS/INS组合导航算法存在显著差异,POS主要追求后处理解算的高精度,因此可以采用反向平滑算法进一步提高定位定姿的精度和稳健性,POS算法流程图参见图1。另外,两者在精度要求、实时性、可靠性等方面也有不同,具体对比参见表1。

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图1:POS算法框图

 

表1:POS与组合导航系统的对比

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POS的定位定姿精度取决于硬件和软件。其中,定位精度主要由GNSS定位模式所决定,而定姿精度主要依靠惯导等级。当GNSS信号出现短时间中断或干扰时,定位精度由惯导进行维持,此时惯导的品质一方面取决于惯性器件的等级(硬件),另一方面取决于GNSS对惯导的辅助是否充分(软件)。我们团队与合作公司自主开发的POS数据处理软件GINS(软件界面参见图2)与国外主流软件导航性能相当,参见图3和相关论文[1]。


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图2:自主开发的首款国产POS数据处理软件——GINS


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图3:GINS与国外两款主流商用软件结果对比(考察GNSS中断时的水平位置漂移


相关论文:

[1]   X. Niu, Q. Zhang, L. Gong, C. Liu, H. Zhang, C. Shi, J. Wang and M. Coleman (2014). "Development and evaluation of GNSS/INS data processing software for position and orientation systems." Survey Review 2014; 47(341), 87-98.

[2]  Quan Zhang, Xiaoji Niu, Qijin Chen, Hongping Zhang, Chuang Shi. “Using Allan variance to evaluate the relative accuracy on different time scales of GNSS/INS systems”. Measurement Science and Technology. Vol. 24(8) (Jul. 2013) 085006 (10pp)

 

相关软件著作权:

牛小骥、张全、章红平等,GNSS/INS组合导航数据处理软件(Cinertial),软著登记号:2013SR162654;编号:00395543,2013年6月28日



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