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随着我国经济和社会的发展,地籍产权管理工作对地籍数据的现势性需求越来越高。现有的地籍测量技术存在作业周期长、劳动强度大、受观测环境影响严重的问题,已难以满足我国地籍管理工作的需求。因此,需要研究能够胜任地籍管理工作的快捷、高效的地籍测量新技术。全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、捷联惯性导航系统(Stmpdown Inertial Navigation System,SINS)以及现代信息处理技术近几年的快速发展,为现代地籍测量技术的研究提供了一个新的技术平台。
针对现有的地籍测量方法中GPS信号受环境影响导致定位精度变差的问题,将捷联惯性定位技术引入地籍测量过程中,设计并实现了用于辅助GPS准确定位的光纤捷联系统,主要包括以下几部分:
1.分析了SINS应用到地籍测量中的可行性,确定了基于ARM9+DSP双体系结构的用于地籍测量的光纤捷联系统总体方案。结合地籍测量的作业方式和特点,进行了GPS辅助SINS的初始对准仿真和SINS单独运行的定位误差仿真,为SINS应用到地籍测量中提供了理论基础;针对GPS信号易受环境影响的问题,研究了GPS周跳探测及模糊度整周固定技术;并根据目前工程上可用的惯性传感器的精度,设计了相应的工作模式。
2.设计了用于地籍测量的光纤捷联系统的硬件系统。基于SINS的仿真结果,对传感器进行了选型。采用模块化的设计思想,完成了以下功能模块的电路设计:基于ARM9的主控模块、GPS信号和SINS信号的采集模块、数据存储模块、数据显示模块、数据传输模块、基于DSP的在线解算模块及ARM9和DSP的数据通信模块。针对GPS信号和SINS信号的采集不同步问题,研究了GPS信号和SINS信号的数据同步问题。根据用于地籍测量的光纤捷联系统需要进行外业处理的需求,进行了电源模块的设计。最终完成了用于地籍测量的光纤捷联系统的硬件设计。
3.完成了用于地籍测量的光纤捷联系统的软件设计。基于地籍测量的特殊作业方式,进行了外业解算和内业解算的软件设计。在外业解算部分,针对在线解算的实时性要求,采用卡尔曼滤波理论,完成了GPS/SINS在线解算模块的设计和仿真;在内业解算部分,针对地籍测量的高精度定位要求,实现了在事后数据处理中需要用到的九个功能模块:GPS单点定位模块、GPS载波单差观测值滤波模块、GPS静态周跳探测及修复模块、GPS动态周跳探测及修复模块、多普勒单差速度滤波模块、SINS解算模块、SINS静态约束模块、整周模糊度固定模块、历史数据平滑及定位整数解模块。
4.研制了用于地籍测量的光纤捷联系统的原理样机,并完成了实地的实验验证。
总体的研究结果表明:以ARM9和DSP为核心的用于地籍测量的光纤捷联系统,能够满足地籍测量外业解算的要求,外业采集的数据经过内业解算后,能够达到地籍测量的高精度定位要求。