动态GPS定位检定方法及误差分析
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摘要
目前，GPS已经广泛地应用于测量、航海、汽车导航等领域，并且今后在数量和范围上还将继续扩大；GPS接收机的生产也逐渐趋于国产化。在日常的生产中，GPS接收机的应用和检验的任务也越来越多。世界各国都相继建立了一些GPS接收机检定场，但这些检定场都是用来检验接收机的静态性能，还没有专门针对动态导航性能进行检验的。
基于上述背景，课题组进行了GPS综合检定场的研究。本文对其中动态检定场的建立和数据处理的若干问题进行了研究，包括以下几个方面：
1．分析了摄影定位方法、原理和数学模型，将直接解算法和高程内插法进行了方法和解算精度的比较，从理论和实际两方面分析了直接解算法的理论缺陷和高程内插法的合理性。根据测量数据的特点，分析了误差产生的原因，并进行了粗差探测，成功地探测了测量数据中由于标志点号码识别错误、照片像素量测错误等带来的粗差。
2．针对系统特点设计了一套相机快门检测和相机快门同步装置，准确地检测了相机快门的时间延迟，根据检测的相机快门延迟数据结合液晶快门实现了设备同步，结果满足动态检定的精度指标要求。
3．按照动态检定场检测区域道路和检测车辆的实际情况，进行了道路和车辆的倾斜改正，基本达到预期目的。
4．利用两种不同手段将动态摄影测量定位结果进行了外部精度验证。
Take off to want now, the GPS applies to navigate to wait the realm in diagraph, voyage, car already and broadly, and will still extend continuously in from now on at quantity with scope;The GPS receives the production of the machine to also tend to turn in national product gradually.The GPS receives the mission that machine examine too more and more, the international community establishes all one after another the some GPS receives the machine examines a static for, but ising all to use to examine to receive the machine function, return to have no to aim at exclusively the development navigate the function proceeds the examination.Base on the above background, lesson a research for proceeding GPS development examining field.I.Put in photograph position method, principle with mathematics model aspect, will directly solve calculate way with high distance the method proceeded the method reaches agreement the comparison that calculate the accuracy, analyzing the theories blemish of the direct solution calculate way with actual both side to put the rationality of the method with high distance inside from the theories.2.Aim at the system characteristics designed a set of cameras shutter examination with camera synchronizer, examined accurately time of the camera shutter delay, and joins together according to the camera shutter delay data of the examination the LCD shutter realizes the equipments is synchronous, the result satisfies the index sign request that development examines.3. According to examine an examination district road is with the actual circumstance that examine the vehicle, preceding the road to correct with the inclination of the vehicle, basic attain to expect the purpose.4. Make use of two different manses to photograph development the diagraph fixed position result preceded the exterior accuracy verification.comprehensive inspection places with GPS Receiver; data processing; height simulant; weighted average; digital camera; ATR; coarse error detection; robust estimate
基于上述背景，课题组进行了GPS综合检定场的研究。本文对其中动态检定场的建立和数据处理的若干问题进行了研究，包括以下几个方面：
1．分析了摄影定位方法、原理和数学模型，将直接解算法和高程内插法进行了方法和解算精度的比较，从理论和实际两方面分析了直接解算法的理论缺陷和高程内插法的合理性。根据测量数据的特点，分析了误差产生的原因，并进行了粗差探测，成功地探测了测量数据中由于标志点号码识别错误、照片像素量测错误等带来的粗差。
2．针对系统特点设计了一套相机快门检测和相机快门同步装置，准确地检测了相机快门的时间延迟，根据检测的相机快门延迟数据结合液晶快门实现了设备同步，结果满足动态检定的精度指标要求。
3．按照动态检定场检测区域道路和检测车辆的实际情况，进行了道路和车辆的倾斜改正，基本达到预期目的。
4．利用两种不同手段将动态摄影测量定位结果进行了外部精度验证。
Take off to want now, the GPS applies to navigate to wait the realm in diagraph, voyage, car already and broadly, and will still extend continuously in from now on at quantity with scope;The GPS receives the production of the machine to also tend to turn in national product gradually.The GPS receives the mission that machine examine too more and more, the international community establishes all one after another the some GPS receives the machine examines a static for, but ising all to use to examine to receive the machine function, return to have no to aim at exclusively the development navigate the function proceeds the examination.Base on the above background, lesson a research for proceeding GPS development examining field.I.Put in photograph position method, principle with mathematics model aspect, will directly solve calculate way with high distance the method proceeded the method reaches agreement the comparison that calculate the accuracy, analyzing the theories blemish of the direct solution calculate way with actual both side to put the rationality of the method with high distance inside from the theories.2.Aim at the system characteristics designed a set of cameras shutter examination with camera synchronizer, examined accurately time of the camera shutter delay, and joins together according to the camera shutter delay data of the examination the LCD shutter realizes the equipments is synchronous, the result satisfies the index sign request that development examines.3. According to examine an examination district road is with the actual circumstance that examine the vehicle, preceding the road to correct with the inclination of the vehicle, basic attain to expect the purpose.4. Make use of two different manses to photograph development the diagraph fixed position result preceded the exterior accuracy verification.comprehensive inspection places with GPS Receiver; data processing; height simulant; weighted average; digital camera; ATR; coarse error detection; robust estimate
引文
1) 黄维彬，近代平差理论及其应用，解放车出版社，1992。
2) 黄维彬，最小二乘滤波、推估和配置，军事测绘专辑，Nol 1981。
3) 李建文，GLONASS卫星导航系统及GPS/GLONASS组合应用研究，研究生说是论文，2001。
4) 隋立芬、宋力杰等，误差理论与测量平差基础，解放军测绘学院内部教材，2003。
5) 骆亚波，测量机器人在FAST馈源动态跟踪测量中的应用，研究生硕士论文，2003。
6) 许其凤，空间大地测量学，解放军出版社，2001。
7) 邱致和、王万义，GPS原理与应用，电子工业出版社，2002。
8) 刘基余，GPS卫星导航定位原理与方法，科学出版社，2003。
9) 刘基余，车载GPS信号接收天线的几个应用问题，导航，1999 35(1)．
10) 王惠南，GPS导航原理与应用，科学出版社，2003。
11) 周忠谟、易杰军、周琪，GPS卫星测量原理与应用，测绘出版社，1992。
12) 朱长青，计算方法及其在测绘中的应用，测绘出版社，1997。
13) 李洪涛，GPS应用程序设计，科学出版社，2000。
14) 林洪桦，动态测试数据处理，北京理工大学出版社，1995。
15) 杨元喜，抗差估计理论及其应用，八一出版社，1993。
16) 朱华统、黄继文，椭球大地计算，八一出版社，1993。
17) 程正兴，数据拟合，西安交通大学出版社，1986。
18) 魏子卿、葛茂荣，GPS相对定位的数学模型，测绘出版社，1998。
19) 刘静宇，航空摄影测量学，解放军出版社，1994。
20) 富士摄影器材有限公司，富士专业单反数码相机FunexPix S1Pro用户操作手册。
21) 王树根等，基于车载CCD影像的物方几何参数量算，物探与研究，2001。
22) 钟志伟等，三维空间前方交会平差程序，四川测绘，1994。
23) 万家贵，测量学，中国人民解放军测绘学院，1989。
24) 蒋维恒、章书寿等，测量学，测绘出版社，1985。
25) 三角、导线测量规范GJB614—88，2000。
26) 张荫柏，GPS时频领域的应用，全球定位系统，2001。
27) 徐绍铨、李振洪、吴云孙，《GPS高程拟合系统的研究》，武汉测绘科技大学学报，1999年(4)。
28) 欧吉坤，一种检测粗差的新方法——拟准检定法，科学通报，1999。
29) 徐朝辉、郭海涛、张保明，残差绝对值和最小法在单线阵CCD卫星影像后方交会粗差探测中的应用，测绘学院学报，2002。
30) 陶本藻，《GPS水准似大地水准面拟合和正常高计算》，测绘通报，1992年(4)。
31) 同济大学数学教研室，高等数学(第四版)，2001。
32) 林洪桦，《动态测试数据处理》，北京理工大学出版社，1995年。
33) 徐正扬，大地控制测量学，解放军出版社，1990年。
34) Ziqing Wei Positioning with NAVSTAR,the Global Positioning System ,The Ohio State University, 1986。
35) Magnavox, SATELLITE SURVEYING, MAGNAVOX ADVANCED PRODUCTS AND SYSTEMS COMPANY, 1982。
36) W.Baarda:Measures for The Accuracy of Geodetic Networks,Int.Symposium on Optimisation of Design an Computation of Control Networks,Hungary,1977。
37) Carl McCullough. US Satellite Navigation Program Status. Journal of Navigation RION, 1999年(3)。
38) Zarraoa N, Mai W, Sardon E, Jungstand A: Preliminary evaluation of the Russian GLONASS System as a potential geodetic tool, Journal of Geodesy(1998)72:356-363。
39) Michael J. Stanoikovich. How and why to use GPS for utility inventories, Public works for Sept, 1996年。
40) Keith Duff. Michael Hyzak. Structural monitoring with GPS, Public Roads, Spring, 1997年。
41) B H Wellenhof, H Lichtenegger, J Collins. Global Positioning System: Theory and Practice (Second edition). Springer-Verlag Wein, New York. 1993年。
42) Fiedler J. Orthometric Heights from Global Positioning System [J]. Journal of Surveying Engineering, 1992年。
43) Decker B L.World Geodetic System 1984,Proceedings of the Forth International Geodetic Symposium Satellite Positioning Texas, 1986.69～92。
44) Scherrer R。The WM Primer.Switzerland:WM Satellite Survey Company, 1987.
45) Schneck G.Frontend Design for High Accurate Positioning with GPS.The Same as, 1989(39):218～224.
46) Langhy R B.The GPS Receiver:An Inteoduction.GPS World, 1991,2(1):50～53.
2) 黄维彬，最小二乘滤波、推估和配置，军事测绘专辑，Nol 1981。
3) 李建文，GLONASS卫星导航系统及GPS/GLONASS组合应用研究，研究生说是论文，2001。
4) 隋立芬、宋力杰等，误差理论与测量平差基础，解放军测绘学院内部教材，2003。
5) 骆亚波，测量机器人在FAST馈源动态跟踪测量中的应用，研究生硕士论文，2003。
6) 许其凤，空间大地测量学，解放军出版社，2001。
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9) 刘基余，车载GPS信号接收天线的几个应用问题，导航，1999 35(1)．
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11) 周忠谟、易杰军、周琪，GPS卫星测量原理与应用，测绘出版社，1992。
12) 朱长青，计算方法及其在测绘中的应用，测绘出版社，1997。
13) 李洪涛，GPS应用程序设计，科学出版社，2000。
14) 林洪桦，动态测试数据处理，北京理工大学出版社，1995。
15) 杨元喜，抗差估计理论及其应用，八一出版社，1993。
16) 朱华统、黄继文，椭球大地计算，八一出版社，1993。
17) 程正兴，数据拟合，西安交通大学出版社，1986。
18) 魏子卿、葛茂荣，GPS相对定位的数学模型，测绘出版社，1998。
19) 刘静宇，航空摄影测量学，解放军出版社，1994。
20) 富士摄影器材有限公司，富士专业单反数码相机FunexPix S1Pro用户操作手册。
21) 王树根等，基于车载CCD影像的物方几何参数量算，物探与研究，2001。
22) 钟志伟等，三维空间前方交会平差程序，四川测绘，1994。
23) 万家贵，测量学，中国人民解放军测绘学院，1989。
24) 蒋维恒、章书寿等，测量学，测绘出版社，1985。
25) 三角、导线测量规范GJB614—88，2000。
26) 张荫柏，GPS时频领域的应用，全球定位系统，2001。
27) 徐绍铨、李振洪、吴云孙，《GPS高程拟合系统的研究》，武汉测绘科技大学学报，1999年(4)。
28) 欧吉坤，一种检测粗差的新方法——拟准检定法，科学通报，1999。
29) 徐朝辉、郭海涛、张保明，残差绝对值和最小法在单线阵CCD卫星影像后方交会粗差探测中的应用，测绘学院学报，2002。
30) 陶本藻，《GPS水准似大地水准面拟合和正常高计算》，测绘通报，1992年(4)。
31) 同济大学数学教研室，高等数学(第四版)，2001。
32) 林洪桦，《动态测试数据处理》，北京理工大学出版社，1995年。
33) 徐正扬，大地控制测量学，解放军出版社，1990年。
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37) Carl McCullough. US Satellite Navigation Program Status. Journal of Navigation RION, 1999年(3)。
38) Zarraoa N, Mai W, Sardon E, Jungstand A: Preliminary evaluation of the Russian GLONASS System as a potential geodetic tool, Journal of Geodesy(1998)72:356-363。
39) Michael J. Stanoikovich. How and why to use GPS for utility inventories, Public works for Sept, 1996年。
40) Keith Duff. Michael Hyzak. Structural monitoring with GPS, Public Roads, Spring, 1997年。
41) B H Wellenhof, H Lichtenegger, J Collins. Global Positioning System: Theory and Practice (Second edition). Springer-Verlag Wein, New York. 1993年。
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46) Langhy R B.The GPS Receiver:An Inteoduction.GPS World, 1991,2(1):50～53.