1.各GPS历元的机载GPS天线相位中心位置的确定
利用安装在航摄飞机上的一台GPS接收机和安置在地面参考站上的一台或几台GPS接收机同时测量GPS卫星信号,通过GPS动态差分定位技术可获取各GPS历元的机载GPS天线相位中心位置。为提高定位精度,一般采用基于载波相位观测值的动态差分定位方法。计算方法可采用最小二乘法或卡尔曼滤波。
传统GPS动态定位方法要求在进行动态定位前进行静态初始化测量,一方面延长了观测时间,增大了数据量,另一方面也延长了飞机起飞前的等待时间;另外,为尽量避免卫星信号发生周跳或失锁,必须要求飞机转弯坡度角小,转弯半径大,加大了飞机航程,延长了航线间隔时间。随着整周模糊度在航解算OTF的成功,所述因机载GPS测量引人的限制都将迎刃而解,航摄飞机可以像常规航摄那样飞行,机载GPS接收机也可在飞机到达摄区时打开,减少不必要的数据记录。
2.曝光时刻载波相位的机载GPS天线相位中心位置的内插
GPS动态定位所提供的是各GPS观测历元动态接收天线的三维位置,而GPS辅助空中三角测量所需要的是某曝光时刻航空摄影相机的位置。由于曝光瞬间时刻不一定与GPS观测历元重合,摄影机曝光瞬间机载GPS天线位置必须根据相邻的天线位置内插得到。
如果将曝光瞬间同步记录在GPS接收机数据流中,则曝光时刻机载GPS天线位置可由内插解决。现代航摄相机如WildRC20等可在曝光瞬间发出一束TTL电平的脉冲(一些老的航摄相机改造后也可发出脉冲)这一脉冲可以通过GPS接收机的外部事件注记接口输入接收机中,并在接收机数据流中注记相应的脉冲输入时刻。以该时刻为引数,在相邻的GPS观测历元天线位置间内插(或拟合)即可获得曝光瞬间机载接收天线的位置。
内插(拟合)精度取决于两方面。一方面是取决于EventMark时标的精度,另一方面则取决于选择的内插(拟合)模型是否与内插(拟合)区段内机载接收天线动态变化相符合。
研究表明,GPS接收机EventMark时标的精度能达到+2μs。因而即使在飞机运动速度高达200 m/s时,由该时标误差引进的内插误差也仅为0.4 mm,对GPS辅助空中三角测量而言,该误差完全可以忽略不计。
主要的内插(拟合)误差与历元间机载接收天线的动态变化有关,为减少内插误差,可采取以下措施:
①提高GPS数据采样率。数据采样率越高,则观测历元时间间隔越短。机载接收天线运动的描述也越精确。
②采用合适的内插(拟合)方法。在GPS辅助空中三角测量中,由于飞机的航速较大,GPS数据采样率一般均选择小于或等于1 s。在航线飞行中,飞机一般做近似匀速运动,因而可采用直线内插或低阶多项式拟合模型。实用中发现选择插值时刻前后各两个历元进行二次多项式拟合效果较好。
3.坐标转换及高程基准
GPS动态定位所提供的定位成果属于WGS84坐标系,而我们所需空中三角测量加密成果是属于某一国家坐标系或地方坐标系,因而必须解决定位成果的坐标转换问题。在精确已知地面基准站在WCS84系中的地心坐标,且已知WGS84系至国家坐标系之间转换参数时,则可将动态定位成果转换为国家坐标,更为一般的则是采用GPS基线向量网的约束平差。约束平差在国家大地坐标系中进行,约束条件是属于国家大地坐标系的地面网点固定坐标、固定大地方位角和固定空间弦长。为进行机载天线位置的坐标转换,必须有两个以上的地面控制点,这些点有国家坐标系或地方坐标系中的坐标,且进行了GPS相对定位,其中 控制点在航飞时作为地面基准站,那么以该点为固定点条件进行约束平差,并将求得的欧拉角与尺度比用于转换机载天线基准站的 WGS84系坐标。
另一个问题是高程基准问题。GPS定位所提供的是以椭球面为基准大地高,而实际所需要的是以似大地水准面为基准的正常高,高程基准的转换通过测区内若千已知正常高的控制点按GPS水准方法建立高程异常模型(当测区地形变化较大时应加地形改正)进行。