多源信息辅助惯性定位技术在地籍测量中的应用研究

摘要

随着GPS(Global Positioning System)卫星定位技术及全站仪等多技术结合的综合测量方法精度和效率的大幅提高，促进了地籍测量技术的进步，但GPS定位技术存在的环境依赖度高和全站仪存在的低效率等缺陷仍然无法满足地籍测量的需求。由于捷联惯性定位系统具有自主性强、抗干扰能力强、环境依赖度低及结构简单易维护等特点，近年来在地籍测量领域越来越受到研究人员的重视。
　　本文围绕地籍测量低动态的测量特点和高精度的测量要求，将捷联惯性定位技术应用于地籍测量中，对多源信息辅助惯性定位技术在地籍测量中的应用展开相关研究。针对捷联惯性定位系统定位误差积累问题，提出了在地籍测量过程中充分利用特有的地面多源信息，结合引入到地籍测量内业数据处理中的卡尔曼固定区间最优平滑滤波和逆向导航解算技术，实现对捷联惯性测量系统定位积累误差的修正。
　　本文具体研究内容包括以下三个方面:
　　(1)针对地籍测量特点，为满足地籍测量的大比例尺成图的高精度定位要求，总结了地籍测量中可利用的多源信息，并将卡尔曼固定区间平滑算法和逆向导航解算技术应用到地籍测量内业数据处理当中，并说明了其在地籍测量中的应用方法。
　　(2)针对在地籍测量作业中特有的多源信息，包括坐标已知点、零速修正点、调平修正点和位置已知点，设计了相应的系统状态方程，并在各单信息源处应用卡尔曼固定区间最优平滑算法进行了仿真研究，对平滑算法的修正和传感器估计效果与单纯的卡尔曼滤波进行了比较分析。利用内业数据处理的优势，在坐标已知点和待测点之间，利用逆向导航解算技术对待测点的位置坐标进行校正，提高了待测点处的定位精度。
　　(3)为满足地籍惯性定位系统实际使用的需要，开发了基于Matlab的地籍测量内业数据处理软件。软件基于简单明了，易于操作的GUI(Graphics User Interface)操作界面，将卡尔曼固定区间最优平滑算法和逆向导航解算模块集成到数据处理软件中，使地籍惯性定位系统更加易于使用，可提高工作效率，同时具有功能可扩展的特点。
　　通过仿真和半物理实验结果表明:本文提出的测量方法及误差修正方法是正确、有效的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 地籍测量概述

1．1．1 地籍测量的概念及意义

1．1．2 地籍测量发展现状

1．2 惯性测量技术概述

1．2．1 惯性测量技术发展历史

1．2．2 惯性测量技术发展现状

1．2．3 惯性测量技术发展方向

1．3 本文主要研究内容及章节安排

第二章 基于多源信息辅助惯性测量系统基本原理

2．1 常用坐标系及转换关系

2．1．1 地球几何模型与物理参数

2．1．2 常用坐标系定义

2．1．3 常用坐标系间的转换关系

2．1．4 常用符号说明

2．2 捷联惯导系统的力学编排

2．2．1 姿态更新算法

2．2．2 速度更新算法

2．2．3 位置更新算法

2．3 捷联惯性测量系统的误差分析

2．3．1 惯性器件误差模型

2．3．2 捷联惯性测量系统误差方程

2．4 卡尔曼滤波在多源信息地籍惯性测量系统中的应用

2．4．1 卡尔曼滤波的基本理论

2．4．2 地籍测量中捷联惯性测量系统误差模型

2．4．3 地籍测量中多源信息的含义

2．4．4 固定区间最优平滑算法的引出

2．5 逆向导航解算技术在地籍惯性定位系统中的应用

2．5．1 逆序导航解算原理

2．5．2 逆序导航解算技术在地籍惯性定位系统中的应用方法

2．6 本章小结

第三章 多源信息辅助惯性定位系统误差估计技术研究

3．1 多源信息辅助惯性定位系统误差估计和修正

3．1．1 坐标已知点处对捷联惯性定位系统误差的估计

3．1．2 零速修正点处对捷联惯性定位系统误差的估计

3．1．3 调平修正点处对捷联惯性定位系统误差的估计

3．1．4 位置已知点处对捷联惯性定位系统误差的估计

3．2 逆向导航解算技术对捷联惯性定位系统定位误差的校正

3．3 多源信息点使用策略

3．4 本章小结

第四章 基于Matlab的地籍测量内业数据处理软件的设计

4．1 Matlab简介

4．2 Matlab图形用户界面技术

4．2．1 Matlab／GUI简介

4．2．2 设计原则与步骤

4．2．3 GUI设计理论简介

4．3 地籍测量内业数据处理软件的界面制作

4．3．1 文件管理

4．3．2 数据解算

4．3．3 多源信息

4．3．4 帮助

4．4 地籍测量内业数据处理软件的程序设计

4．4．1 地籍测量内业数据处理软件的算法流程

4．4．2 地籍测量内业数据处理软件的模块化设计

4．5 本章小结

第五章 地籍测量系统仿真测试

5．1 基于三轴转台条件的地籍测量系统半物理仿真测试

5．1．1 零速修正点处的半物理仿真测试结果

5．1．2 调平修正点处的半物理仿真测试结果

5．2 地籍测量系统外业实测数据测试

5．2．1 零速修正点处的外业测试结果

5．2．2 位置已知点处的外业测试结果

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

硕士期间论文发表情况