試論航空攝影測量中POS系統的誤差問題

賈鶴玉　尹愛娟　于曉莉

摘要：本文主要分析了POS輔助航空攝影技術在使用過程中可能出現的各種誤差問題，以及可以采取何種方式消除這些誤差的問題，航空攝影測量是一項重要的測繪工作，在具體實施過程中，誤差的出現會對航飛成果以及后續處理的測量結果造成較大影響，所以必須在誤差分析的基礎上消除這些誤差，并獲取更加精確的測量結果。

關鍵詞：航空攝影測量；POS系統；誤差

20世紀90年代以來，GPS全球定位技術在空中三角測量方面得到了非常廣泛的應用，充分展示出了導航技術在測繪領域的應用優勢。但是GPS全球定位技術存在著無法獲取像片的姿態參數，對于外業像控制點過于依賴的問題，這對GPS全球定位技術的進一步推廣和應用造成了很大的阻礙[1]。隨著航空航天科技技術的進一步發展，航空攝影測量技術和慣性導航技術在航空攝影測量中得到越來越廣泛的應用，POS輔助航空攝影技術開始得到廣泛推廣應用，POS系統能夠實現直接定向測圖，擺脫了對地面控制點的依賴，是航空攝影理論與實踐的重大研究成果。但是機載POS系統輔助航空攝影在工作過程中會存在一定的誤差，對POS系統的性能產生非常大的影響，所以我們有必要對航空攝影測量中POS系統的誤差問題進行分析，以便做出更好的處理辦法和應對策略。

1 衛星導航系統誤差

自GPS全球定位技術應用于測繪領域以來，就憑其觀察時間短以及定位精度高等優勢獲得了廣泛的應用，但是由于GPS全球定位技術存在著無法獲取像片的姿態參數以及對像控點依賴加強等問題，限制了GPS全球定位技術的進一步推廣和應用，GPS全球定位技術的誤差是影響定位精度的主要因素，引起衛星導航系統誤差的因素主要包括衛星時鐘誤差、衛星星歷誤差、接收機設備誤差、電力層與對流層折射誤差以及多路徑效應誤差等。

衛星時鐘誤差和衛星星歷誤差是與GPS衛星關系較大的誤差類型，GPS全球定位系統在工作過程中主要依靠衛星信號的傳播時間來進行距離的測量，所以一旦衛星時鐘出現誤差，測距工作就會出現誤差[2]。在GPS全球定位系統中，只有各個衛星時鐘之間相互同步，并且與地面站的時鐘同步才能夠達到準確的測距數據，但是在具體的計時過程中很難保證各個時鐘之間的絕對同步，即使使用原子時鐘也會存在漂移現象，出現一定的誤差。由GPS衛星星歷所提供的衛星空間位置與實際位置之間存在的誤差稱之為衛星星歷誤差，由于地面監控站在向衛星注入星歷數據時，會受到衛星測量以及衛星攝動因素等影響，這些因素會造成衛星星歷中存在一定的誤差，并且誤差很難消除。

時鐘誤差屬于GPS全球定位系統的接收機設備誤差類型，時鐘誤差會對GPS全球定位系統的精度造成很大的影響，一般情況下，接收機時鐘與衛星時鐘之間每出現1s的誤差，那么由這個誤差所就能夠引起上百米的測距誤差，在測距要求的精度比較高的情況下，我們一般都會采用外接銣、外接氫等原子時鐘，這樣能夠大大降低時鐘誤差對測量精度的影響。

電離層與對流層折射誤差和多路徑效應誤差屬于GPS信號傳播方面的誤差，衛星是以電磁波的形式與地面控制中心進行聯系的，電磁波在傳播過程中，必須要經過電離層和對流層，這時就會是電磁波產生一定的折射，出現延時誤差。所以需要建立電離層與對流層的模型，對延時誤差進行糾正。多路徑效應誤差指的是電磁波到達接收機過程中經過不同路徑如山地、盆地、建筑物等時產生的誤差，造成較大的測距誤差出現[3]。

從上面的分析中能夠看出，很多因素都會引起GPS定位誤差，在解決衛星時鐘誤差和衛星星歷誤差時，可以采取差分GPS技術來解決。但是與接收機相關的誤差很難消除，由于與接收機相關的誤差比較小，所以在測量過程中也可以忽略不計。

2 慣性導航系統誤差

對POS系統的慣性導航系統誤差進行分析能夠對POS系統的工作情況和器件質量進行評價，針對各種問題做出相應的決策。POS系統的慣性導航系統誤差主要包括初始對準誤差、IMU儀表誤差以及計算誤差與運動干擾誤差等。

POS系統的慣性導航系統在進行導航解算之前要進行初始對準操作，在進行初始位置和初始速度輸入時，可能會存在一定的誤差，叫做初始對準誤差。POS系統的初始對準能夠為后續導航解算提供數學基準，所以為了獲得更加準確的導航解算數據，必須減少初始對準誤差的出現。POS系統的慣性器件陀螺和加速度計引起的誤差稱之為IMU儀表誤差，包括靜態誤差和動態誤差，由于POS系統的載體機動對慣性器件影響所產生的誤差為動態誤差類型，這種動態誤差類型也是POS的慣性導航系統產生誤差的主要原因，為了減少動態誤差的出現，我們需要建立合適的模型。數字量化誤差、計算過程中出現的舍入誤差以及參數設置誤差等都屬于計算誤差，由沖擊和振動所引起的誤差屬于運動干擾誤差。計算誤差和運動干擾誤差也是導致POS系統出現誤差的主要因素，所以必須想辦法消除這些誤差，達到更高的精度。

POS慣性導航系統的誤差是引起POS系統出現誤差的重要因素，消除POS慣性導航系統誤差是POS系統獲取高精度姿態的關鍵因素，所以我們一定要加強精確的數學模型的研究，以便在計算過程中獲得更加準確的數值。

3 航空攝影過程中POS系統內部不同信息源導致的時間同步誤差

一般來說，POS系統的輸出頻率與IMU數據的輸出是相同的，在航空攝影的過程中，POS系統負責接收航拍攝像機的曝光脈沖，記錄該時刻的jt，但是在工作過程中經常會遇到POS系統輸出時刻it與航攝設備jt不同步的現象。飛機在進行航空攝影時需要保持勻速飛行，POS系統能夠通過線性內插的方式得到導航參數，由于受到種種因素的影響，飛機在進行航空攝影時很難保持勻速飛行，這時就會出現一定的誤差，我們稱之為時間同步誤差。航攝飛機在短時間內的速度不會出現較大變化，如果線性誤差內插誤差控制在POS系統輸出的1%以內，那么時間同步誤差僅為0.3cm左右，這一誤差幾乎可以忽略不計。

4 結語

在航空攝影測量中，POS系統出現誤差的原因有很多種，誤差的出現會引起測量結果出現很大的誤差，所以在使用POS輔助航空攝影技術進行操作時，一定要對可能出現的誤差進行充分分析，并采取各種措施消除或者降低各種誤差的出現，獲得更加準確的測量結果。

參考文獻：

[1]馬永健.淺談POS輔助航空攝影測量技術及應用[J].科技創新與生產力，2017（4）：8990.

[2]朱正榮.航空攝影測量中POS系統誤差分析及應用研究[J].科技創新導報，2014（2）：1518.

[3]阿裕林.航空攝影測量中POS系統高精度定位技術的探討[J].地球，2015（12）：143144.