机载 GPS 测量定位技术研究

摘 要：本文对机载GPS测量定位技术的测量方法进行了全面分析，结合实例，说明了机载GPS测量定位技术在测绘工作中的应用。

关键词：机载GPS 目标定位 目标引导

1、引言

由于是在现代社会，科学技术的快速发展，是人们已经进入了信息化社会，GPS 被在军事方面的运用也越来越重要。过去，只能对目标进行跟踪，但是并不能计算其具置，因此，如何提高位置精度从而顺利捕获目标，在现代化社会有着十分重要的意义，机载GPS解决了上述问题，在对已知目标进行捕捉的过程中，GPS发挥着举足轻重的作用。

2、机载GPS测量定位的方法分析

（1）引导定位

在已知目标相对机载平台位置和载机大地坐标的前提下，对大地坐标进行求解的过程就是定位过程。引导过程指的是，在已知目标的大地目标前提下，对相对平台框架坐标系的位置进行求解，并正确引导机载平台准确捕捉到目标，该过程被称之为引导过程。这两个过程均属于可逆过程。

机载GPS定位系统主要由以下几部分组成：航空光电成像平台、角度传感器、激光测距机、电视跟踪器等。航空光电成像平台的任务就是对目标进行搜索，搜索到目标后，对其进行视场中心锁定，将目标的在平台中的角度和距离信息输出，在输出的同时，对GPS定位系统输出的数据进行收集和坐标转换，获得目标的具置信息。在得知目标位置信息的情况下，对定位数据以及载机姿态数据进行采集，将其转换成坐标，就能够得出目标的全部引导数据。该系统的重点在于对坐标进行转换的过程以及确保数据的精度符合要求。

（2）坐标转换

坐标转换的方式选择有很多种，本文主要采用的是齐次坐标法对坐标进行转换，对7个坐标系进行定义，针对于各符号所代表的含义以及运算方式和转换方式，我们用图1进行表示。对于大地坐标和地球直角的坐标值我们通过套入公式进行计算就可以进行转换，其它转换则通过平移或旋转坐标轴获得，在每一次平移护或者旋转后，都会产生一组与之相对应的矩阵。

通过图1我们可以发现，在本次转换中，坐标转换次数一共为14次，在每次转换后，都会得到一个矩阵，我们用 表示每一个矩阵， 代表的是沿着 轴进行平移，距离为 的转换矩阵。

对于引导过程的转换：

（3）获得应用高精度的GPS方法

在进行安装时，对于安装位置要进行严格选择。目前，最为普遍的安装方法，就是将其安装在位于相机正上方的机身位置上，将GPS接收天线安装在此位置上具有一定的可靠性：相位中心的位置也就是在光轴线上，因此在测量过程中，可以简化工作量。但是采用这种安装也有一定的缺点：安装的位置正式机身容易产生多路径效应的位置，所以在精度上，会出现降低的情况。

本文采用的是第二种方法，这种方法首先我们对偏移矢量进行确定，消除偏移矢量影响只需要经过一次转换就可以实现。

本文采用的是动态差分定位方法，提高机载GPS的速度和精度要求。简单来说，我们将一台GPS接收机安装在已知点的坐标上，也就是我们所说的基准站，然后根据已知坐标以及卫星星历，正确计算出校正值，无线电设备将计算出来的校正值传送给运动转台的GPS接收机，也被称之为流动站，流动站接收到校正值后，与自身的观测值进行比较，对于存在差别的值进行改正，目的是为了消除各种误差带来的影响。

3、模拟机载GPS定位和引导的实验设计

（1）方案

在本次实验中，我们采用的实验方法为定点实验，将载机、基座、框架以及望远镜的坐标系进行重合，然后我们选取一个点，将这个点作为观测平台，将GPS定位数据记录下来，该点的位置也就是载机位置，我们通过利用这个点，对其它四个点进行观测，根据观测结果，得出两者间的位置关系，并对这些点的GPS定位数据进行记录和处理，对计算值和各测量值进行比较，从而得出定位引导的精度。

（2）实验仪器

提供观测数据的仪器选择的是用Garmin25 OEM板。在实际作业中，为了得到姿态信息，采用的是惯导平台，在实验中，我们以HMR3000罗盘代替惯导平台，实现对载机姿态信息的搜集，由于罗盘自身的特点决定了周围磁场对其影响作用非常大，因此，在每次使用前，我们都需要对磁场的矢量信息进行收集和分析，目的是为了找到硬铁偏置量，为了克服这个问题，采用的实验方式为定点实验。我们利用PC演示界面，将硬铁偏置量找到，借助相关的计算机软件将数据的分析结果存储到罗盘中，这样才能获得正确的姿态数据。然后，我们需要对偏航角进行计算，在计算时，磁偏角以本地区北偏西8.9°为准。通过航空光电成像平台对目标进行捕捉，并且准确的测量出目标相对平台的俯仰角、方位角和距离。

（3）具体步骤

具体操作步骤为：对平台的初始位置进行确定。其次，对平台定位信息和姿态进行测量。第三，将观测点捕捉下来，并进行数据记录。第四，对观测点的GPS数据进行测量。

为了达到前面所述的重合效果，在对平台的初始位置进行确定时，通过对控制盒进行操作，使平台恢复到零位置上。用HMR3000罗盘的使用保证其方向为正向放置，并且要与光轴平行，由于本次试验选择了定点实验的方式，因此，在对载机GPS数据采集的时候，可以避免由于周跳或者多路径效应带来的影响，按照前文所述，对实验设备进行安装，值得注意的是，我们在采集观测点GPS数据的时候，一定要保证观测点和天线的位置是重合的。

4、结束语

机载GPS的最终目的是为了捕获大地目标的具体坐标位置，将GPS与机载平台相结合的技术，并对齐次目标、定位和引导过程进行转换，通过实例，对机载GPS的应用效果进行了实验，根据实验结果我们发现，采用机载GPS定位，其精度高达30m，引导精度在2°，充分说明了，在实际定位中，机载GPS定位的可操作性和可靠性，对于实际应用具有极高的实用价值，由于在定位过程中，容易受到载机姿态的影响，因此在测量仪器的选择删，要选择精密度更高的测量仪器。

参考文献：

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