1.各GPS歷元的機載GPS天線相位中心位置的確定
利用安裝在航攝飛機上的一臺GPS接收機和安置在地面參考站上的一臺或幾臺GPS接收機同時測量GPS衛星信號,通過GPS動態差分定位技術可獲取各GPS歷元的機載GPS天線相位中心位置。為提高定位精度,一般采用基于載波相位觀測值的動態差分定位方法。計算方法可采用最小二乘法或卡爾曼濾波。
傳統GPS動態定位方法要求在進行動態定位前進行靜態初始化測量,一方面延長了觀測時間,增大了數據量,另一方面也延長了飛機起飛前的等待時間;另外,為盡量避免衛星信號發生周跳或失鎖,必須要求飛機轉彎坡度角小,轉彎半徑大,加大了飛機航程,延長了航線間隔時間。隨著整周模糊度在航解算OTF的成功,所述因機載GPS測量引人的限制都將迎刃而解,航攝飛機可以像常規航攝那樣飛行,機載GPS接收機也可在飛機到達攝區時打開,減少不必要的數據記錄。
2.曝光時刻載波相位的機載GPS天線相位中心位置的內插
GPS動態定位所提供的是各GPS觀測歷元動態接收天線的三維位置,而GPS輔助空中三角測量所需要的是某曝光時刻航空攝影相機的位置。由于曝光瞬間時刻不一定與GPS觀測歷元重合,攝影機曝光瞬間機載GPS天線位置必須根據相鄰的天線位置內插得到。
如果將曝光瞬間同步記錄在GPS接收機數據流中,則曝光時刻機載GPS天線位置可由內插解決。現代航攝相機如WildRC20等可在曝光瞬間發出一束TTL電平的脈沖(一些老的航攝相機改造后也可發出脈沖)這一脈沖可以通過GPS接收機的外部事件注記接口輸入接收機中,并在接收機數據流中注記相應的脈沖輸入時刻。以該時刻為引數,在相鄰的GPS觀測歷元天線位置間內插(或擬合)即可獲得曝光瞬間機載接收天線的位置。
內插(擬合)精度取決于兩方面。一方面是取決于EventMark時標的精度,另一方面則取決于選擇的內插(擬合)模型是否與內插(擬合)區段內機載接收天線動態變化相符合。
研究表明,GPS接收機EventMark時標的精度能達到+2μs。因而即使在飛機運動速度高達200 m/s時,由該時標誤差引進的內插誤差也僅為0.4 mm,對GPS輔助空中三角測量而言,該誤差完全可以忽略不計。
主要的內插(擬合)誤差與歷元間機載接收天線的動態變化有關,為減少內插誤差,可采取以下措施:
①提高GPS數據采樣率。數據采樣率越高,則觀測歷元時間間隔越短。機載接收天線運動的描述也越精確。
②采用合適的內插(擬合)方法。在GPS輔助空中三角測量中,由于飛機的航速較大,GPS數據采樣率一般均選擇小于或等于1 s。在航線飛行中,飛機一般做近似勻速運動,因而可采用直線內插或低階多項式擬合模型。實用中發現選擇插值時刻前后各兩個歷元進行二次多項式擬合效果較好。
3.坐標轉換及高程基準
GPS動態定位所提供的定位成果屬于WGS84坐標系,而我們所需空中三角測量加密成果是屬于某一國家坐標系或地方坐標系,因而必須解決定位成果的坐標轉換問題。在精確已知地面基準站在WCS84系中的地心坐標,且已知WGS84系至國家坐標系之間轉換參數時,則可將動態定位成果轉換為國家坐標,更為一般的則是采用GPS基線向量網的約束平差。約束平差在國家大地坐標系中進行,約束條件是屬于國家大地坐標系的地面網點固定坐標、固定大地方位角和固定空間弦長。為進行機載天線位置的坐標轉換,必須有兩個以上的地面控制點,這些點有國家坐標系或地方坐標系中的坐標,且進行了GPS相對定位,其中 控制點在航飛時作為地面基準站,那么以該點為固定點條件進行約束平差,并將求得的歐拉角與尺度比用于轉換機載天線基準站的 WGS84系坐標。
另一個問題是高程基準問題。GPS定位所提供的是以橢球面為基準大地高,而實際所需要的是以似大地水準面為基準的正常高,高程基準的轉換通過測區內若千已知正常高的控制點按GPS水準方法建立高程異常模型(當測區地形變化較大時應加地形改正)進行。