本發(fā)明屬于航空攝影測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來，輕小型測繪無人機(jī)以其成本低、靈活機(jī)動強(qiáng)、獲取的影像分辨率高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)獲取、海島礁測繪、困難地區(qū)測繪等領(lǐng)域，是我國測繪航攝的重要手段和裝備。GPS輔助空中三角形測量技術(shù)是提高無人機(jī)的作業(yè)效率的常用手段，為了實(shí)現(xiàn)GPS輔助空中三角形測量，就必須能夠?qū)崿F(xiàn)GPS設(shè)備與航測相機(jī)之間的同步，在現(xiàn)有的無人機(jī)航空攝影技術(shù)中，為了實(shí)現(xiàn)航攝相機(jī)與GPS設(shè)備的同步所采用的主要解決方案有以下三種：一、利用Y型線，將航攝相機(jī)和GPS設(shè)備并聯(lián)到一起，但是由于GPS設(shè)備得到的信號時刻并不是航攝相機(jī)曝光的時刻，由于快門打開的時間并不是確定的，周圍環(huán)境的改變相應(yīng)的快門曝光時間也會有變化，造成GPS設(shè)備獲取的時間精度誤差大，從而影響到曝光點(diǎn)的坐標(biāo)精度；二、通過航攝相機(jī)閃光燈的信號實(shí)現(xiàn)航攝相機(jī)和GPS設(shè)備的同步，這種方式在一定程度上提高了同步的精度，使得時間誤差僅僅存在于航攝相機(jī)快門曝光的誤差，有較高的精度；三、從航攝相機(jī)CCD處直接獲得航攝相機(jī)曝光瞬間的信號，將此信號供給GPS設(shè)備，這種方式是精度最好的方式，能夠直接獲取航攝相機(jī)感光瞬間的信號，從而精確求得攝站點(diǎn)的坐標(biāo)，但是這種方式需要專業(yè)的航攝相機(jī)才能夠?qū)崿F(xiàn)對于一般測繪公司來說應(yīng)用成本過高。

為了解決上述問題，提出了一種航攝相機(jī)和GPS設(shè)備獨(dú)立工作的無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置，通過GPS設(shè)備測量的飛行軌跡約束航攝相機(jī)測量得到的飛行相似軌跡，可算出航攝相機(jī)曝光點(diǎn)的坐標(biāo)，不需要使用信號線進(jìn)行連接，能夠避免航攝相機(jī)和GPS設(shè)備之間因?yàn)樾盘栍绊懏a(chǎn)生的同步誤差，同時也能降低硬件使用時的難度，使用效果好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置及方法，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，通過GPS設(shè)備測量的GPS飛行軌跡約束航攝相機(jī)測量得到的自由網(wǎng)下飛行軌跡，采用事后計(jì)算的方法來獲取攝站點(diǎn)坐標(biāo)，不需要使用信號線進(jìn)行連接，能夠避免航攝相機(jī)和GPS設(shè)備之間因?yàn)樾盘栍绊懏a(chǎn)生的同步誤差，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置，其特征在于：包括無人機(jī)搭載機(jī)構(gòu)和地面基準(zhǔn)站，所述無人機(jī)搭載機(jī)構(gòu)上設(shè)置有機(jī)載GPS接收機(jī)和航攝數(shù)據(jù)采集單元，所述地面基準(zhǔn)站上設(shè)置有地面GPS接收機(jī)和用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，所述機(jī)載GPS接收機(jī)包括第一微控制器和飛機(jī)GPS天線，所述飛機(jī)GPS天線與第一微控制器之間接有飛機(jī)GPS芯片，所述第一微控制器接有飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器，所述飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器與計(jì)算機(jī)通過通信接口連接；所述航攝數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集測區(qū)影像信息的航攝相機(jī)和用于存儲航攝相機(jī)信息的存儲卡，所述存儲卡與計(jì)算機(jī)通過通信接口連接；所述地面GPS接收機(jī)包括第二微控制器和地面GPS天線，所述地面GPS天線和第二微控制器之間接有地面GPS芯片，所述第二微控制器接有地面GPS數(shù)據(jù)存儲器，所述地面GPS數(shù)據(jù)存儲器與計(jì)算機(jī)通過通信接口連接。

上述的一種無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置，其特征在于：所述飛機(jī)GPS天線和飛機(jī)GPS芯片采用屏蔽線連接，所述地面GPS天線和地面GPS芯片采用屏蔽線連接。

上述的一種無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置，其特征在于：所述通信接口為USB接口。

利用上述的裝置進(jìn)行航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、GPS測量的飛行軌跡獲?。?/p>

步驟101、機(jī)載GPS數(shù)據(jù)獲?。?/p>

步驟1011、獲取無人機(jī)與衛(wèi)星之間的偽距：利用飛機(jī)GPS天線和飛機(jī)GPS芯片獲取衛(wèi)星發(fā)出的與無人機(jī)位置相關(guān)的GPS信號：

其中i表示衛(wèi)星的個數(shù)且i≥3，表示飛機(jī)GPS天線與第i顆衛(wèi)星之間的偽距，C表示電磁波的傳播速度，dδ_u表示飛機(jī)GPS芯片的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的星歷引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)誤差；dρ_uion表示高空大氣層中電離層效應(yīng)引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)偏差；dρ_utrop表示高空大氣層中對流層時延引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)偏差；dM_u表示多路徑效應(yīng)引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)偏差；v_u表示機(jī)載GPS接收機(jī)的噪聲值，表示計(jì)算得到的無人機(jī)與第i顆衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，其中，(x_u，y_u，z_u)表示飛機(jī)GPS天線的坐標(biāo)位置，表示第i顆衛(wèi)星的坐標(biāo)位置；

步驟1012、將步驟1011中獲得的GPS信號存儲在飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器中；

步驟102、地面GPS數(shù)據(jù)獲?。?/p>

步驟1021、獲取地面基準(zhǔn)站與衛(wèi)星之間的偽距：利用地面GPS天線和地面GPS芯片獲取衛(wèi)星發(fā)出的與地面基準(zhǔn)站位置相關(guān)的距離信號：

其中，表示測量到的地面基準(zhǔn)站與第i顆衛(wèi)星之間的偽距，表示計(jì)算得到的地面基準(zhǔn)站到第i顆衛(wèi)星的真實(shí)距離；dδ_b表示地面GPS芯片的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的星歷引起的地面GPS數(shù)據(jù)誤差；dρ_bion表示電離層效應(yīng)引起的地面GPS數(shù)據(jù)偏差；dρ_btrop表示對流層時延引起的地面GPS數(shù)據(jù)偏差；dM_b表示多路徑效應(yīng)引起的地面GPS數(shù)據(jù)偏差；v_b表示地面GPS接收機(jī)噪聲值；

步驟1022、將步驟2011中獲得的數(shù)據(jù)存儲在地面GPS數(shù)據(jù)存儲器中；

步驟103、偽距修正：

步驟1031、獲取偽距修正值：計(jì)算機(jī)調(diào)用地面GPS數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算：其中表示地面基準(zhǔn)站測得的地面基準(zhǔn)站與第i顆衛(wèi)星之間的偽距修正值；

步驟1032、改正無人機(jī)與衛(wèi)星之間的偽距：

當(dāng)無人機(jī)距離地面基準(zhǔn)站的距離小于1000km時，dρ_uion≈dρ_bion，dρ_utrop≈dρ_btrop，設(shè)Δdρ＝C(dδ_u-dδ_b)+(dM_u-dM_b)+(v_u-v_b)，因此，

步驟104、獲得GPS飛行軌跡：求解得到：GPS飛行軌跡U(t)＝(x_u,y_u,z_u)，

步驟二、自由網(wǎng)情況下飛行軌跡的獲?。?/p>

步驟201、影像信息獲?。豪煤綌z相機(jī)對相應(yīng)的像點(diǎn)攝像得到像點(diǎn)照片，并存儲在存儲卡中，計(jì)算機(jī)利用立體設(shè)備求得像點(diǎn)照片的像點(diǎn)坐標(biāo)(x_j,y_j)，通過工作人員在測區(qū)地面采集測區(qū)地面點(diǎn)影像信息(X_j,Y_j,Z_j)，其中，j＝1,2，3；

步驟202、計(jì)算機(jī)對影像信息進(jìn)行空三處理：

其中，

其中，表示拍攝像點(diǎn)照片時無人機(jī)機(jī)頭所指方向和地面的夾角，ω表示拍攝像點(diǎn)照片時無人機(jī)機(jī)頭所指方向在地面上的投影和正北方向的夾角、κ表示拍攝像點(diǎn)照片時無人機(jī)機(jī)翼的傾斜角，f表示拍攝像點(diǎn)照片時航攝相機(jī)的焦距；

步驟203、獲得自由網(wǎng)下飛行軌跡：求解得到自由網(wǎng)下飛行軌跡：設(shè)S(t)＝(X_S,Y_S,Z_S)，S(t)表示自由網(wǎng)情況下攝站點(diǎn)的坐標(biāo)。

步驟三、空間直線參數(shù)提?。?/p>

步驟301、提取GPS飛行軌跡空間直線參數(shù)：在GPS飛行軌跡U(t)上任取兩個軌跡點(diǎn)和表示t_h時刻的GPS飛行軌跡點(diǎn)，表示t_h+1時刻的GPS飛行軌跡點(diǎn)，利用向量描述GPS飛行軌跡：表示單位向量，表示垂直于單位向量的法向量；

步驟302、提取自由網(wǎng)下飛行軌跡空間直線參數(shù)：在自由網(wǎng)下飛行軌跡S(t)上任取兩個軌跡點(diǎn)和表示t_j時刻的自由網(wǎng)下飛行軌跡點(diǎn)，表示t_j+1時刻的自由網(wǎng)下飛行軌跡點(diǎn)，利用向量描述自由網(wǎng)下飛行軌跡：表示軌跡點(diǎn)和軌跡點(diǎn)在空間內(nèi)的單位向量，表示垂直于單位向量的法向量；

步驟303、求解相似變換參數(shù)：相似變換參數(shù)其中μ表示自由網(wǎng)下的軌跡轉(zhuǎn)換到GPS軌跡時的尺度因子，θ表示自由網(wǎng)下的軌跡轉(zhuǎn)換到GPS軌跡時的旋轉(zhuǎn)矩，q表示自由網(wǎng)下的軌跡轉(zhuǎn)換到GPS軌跡時的平移參數(shù)，利用最小二乘法求解，得到T(μ,θ,q)；

步驟四、曲線擬合得到攝站點(diǎn)坐標(biāo)：

步驟401、自由網(wǎng)下飛行軌跡空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：對自由網(wǎng)情況下攝站點(diǎn)的坐標(biāo)(X_S,Y_S,Z_S)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中S(t)'＝(X′_S,Y′_S,Z′_S)表示相似轉(zhuǎn)換后的自由網(wǎng)下飛行軌跡空間坐標(biāo)；

步驟402、建立曲線擬合模型：建立曲線擬合模型其中U(t)'表示曲線擬合后得到的GPS飛行軌跡點(diǎn)坐標(biāo)，N_h,k(t)為K階B樣條基函數(shù)，t_h為GPS飛行軌跡點(diǎn)的對應(yīng)時間，N_h,1(t)表示1階B樣條基函數(shù)在第h段區(qū)間上的值；

步驟403：求攝站點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確值：根據(jù)最小二乘優(yōu)化公式求攝站點(diǎn)坐標(biāo)P的準(zhǔn)確值，得到：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)及使用操作方便。

2、本發(fā)明通過設(shè)置飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器將測量過程中得到的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，通過設(shè)置地面GPS數(shù)據(jù)存儲器將測量過程中得到的地面GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，測量結(jié)束后，對測量得到的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)和地面GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行事后計(jì)算，不需要使用信號線進(jìn)行連接，避免了實(shí)時差分中存在的由于數(shù)據(jù)傳輸以及整周跳變對測量精度的影響。

3、本發(fā)明對航攝相機(jī)和GPS設(shè)備之間的曲線擬合采用事后計(jì)算，避免因?yàn)樾盘栍绊懏a(chǎn)生的同步誤差，提高了攝站點(diǎn)坐標(biāo)精度，同時也能降低硬件使用時的難度，使用效果好。

4、本發(fā)明以地面GPS數(shù)據(jù)作為差分基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，通過對機(jī)載GPS數(shù)據(jù)和地面GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行差分計(jì)算，得到GPS飛行軌跡，對航攝相機(jī)采集的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行空三處理，得到自由網(wǎng)下飛行軌跡，通過對兩條飛機(jī)飛行軌跡進(jìn)行曲線擬合，通過GPS飛行軌跡約束自由網(wǎng)下飛行軌跡，得到攝站點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確值，提高了攝站點(diǎn)坐標(biāo)精度。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理，通過GPS設(shè)備測量的GPS飛行軌跡約束航攝相機(jī)測量得到的自由網(wǎng)下飛行軌跡，采用事后計(jì)算，不需要使用信號線進(jìn)行連接，并且能夠避免航攝相機(jī)和GPS設(shè)備之間因?yàn)樾盘栍绊懏a(chǎn)生的同步誤差，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置的電路框圖。

圖2為本發(fā)明無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解方法的流程框圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器； 2—飛機(jī)GPS天線；

3—飛機(jī)GPS芯片； 4—第一微控制器； 5—存儲卡；

6—航攝相機(jī)； 7—地面GPS天線； 8—地面GPS芯片；

9—第二微控制器；10—地面GPS數(shù)據(jù)存儲器；

11—計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解裝置，包括無人機(jī)搭載機(jī)構(gòu)和地面基準(zhǔn)站，所述無人機(jī)搭載機(jī)構(gòu)上設(shè)置有機(jī)載GPS接收機(jī)和航攝數(shù)據(jù)采集單元，所述地面基準(zhǔn)站上設(shè)置有地面GPS接收機(jī)和用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)11，所述機(jī)載GPS接收機(jī)包括第一微控制器4和飛機(jī)GPS天線2，所述飛機(jī)GPS天線2與第一微控制器4之間接有飛機(jī)GPS芯片3，所述第一微控制器4接有飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器1，所述飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器1與計(jì)算機(jī)11通過通信接口連接；所述航攝數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集測區(qū)影像信息的航攝相機(jī)6和用于存儲航攝相機(jī)6信息的存儲卡5，所述存儲卡5與計(jì)算機(jī)11通過通信接口連接；所述地面GPS接收機(jī)包括第二微控制器9和地面GPS天線7，所述地面GPS天線7和第二微控制器9之間接有地面GPS芯片8，所述第二微控制器9接有地面GPS數(shù)據(jù)存儲器10，所述地面GPS數(shù)據(jù)存儲器10與計(jì)算機(jī)11通過通信接口連接。

本實(shí)施例中，所述飛機(jī)GPS天線2和飛機(jī)GPS芯片3采用屏蔽線連接，所述地面GPS天線7和地面GPS芯片8采用屏蔽線連接。

采用屏蔽線連接可以有效屏蔽外界對導(dǎo)線中傳輸信號的干擾。

本實(shí)施例中，所述通信接口為USB接口。

如圖1和如圖2所示，本發(fā)明一種無人機(jī)航攝站點(diǎn)坐標(biāo)求解方法，包括以下步驟：

步驟一、GPS測量的飛行軌跡獲?。?/p>

步驟101、機(jī)載GPS數(shù)據(jù)獲取：

步驟1011、獲取無人機(jī)與衛(wèi)星之間的偽距：利用飛機(jī)GPS天線2和飛機(jī)GPS芯片3獲取衛(wèi)星發(fā)出的與無人機(jī)位置相關(guān)的GPS信號：

其中i表示衛(wèi)星的個數(shù)且i≥3，表示飛機(jī)GPS天線2與第i顆衛(wèi)星之間的偽距，C表示電磁波的傳播速度，dδ_u表示飛機(jī)GPS芯片3的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的星歷引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)誤差；dρ_uion表示高空大氣層中電離層效應(yīng)引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)偏差；dρ_utrop表示高空大氣層中對流層時延引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)偏差；dM_u表示多路徑效應(yīng)引起的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)偏差；v_u表示機(jī)載GPS接收機(jī)的噪聲值，表示計(jì)算得到的無人機(jī)與第i顆衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，其中，(x_u，y_u，z_u)表示飛機(jī)GPS天線2的坐標(biāo)位置，表示第i顆衛(wèi)星的坐標(biāo)位置；

需要說明的是，步驟1011中，dρ_uion、dρ_utrop、dM_u和的單位均為米，C的單位為米/秒，dδ_u和單位均為ppm；v_u的單位為分貝。

步驟1012、將步驟1011中獲得的GPS信號存儲在飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器1中；

步驟102、地面GPS數(shù)據(jù)獲?。?/p>

步驟1021、獲取地面基準(zhǔn)站與衛(wèi)星之間的偽距：利用地面GPS天線7和地面GPS芯片8獲取衛(wèi)星發(fā)出的與地面基準(zhǔn)站位置相關(guān)的距離信號：

其中，表示測量到的地面基準(zhǔn)站與第i顆衛(wèi)星之間的偽距，表示計(jì)算得到的地面基準(zhǔn)站到第i顆衛(wèi)星的真實(shí)距離；dδ_b表示地面GPS芯片8的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的時鐘偏差；表示第i顆衛(wèi)星的星歷引起的地面GPS數(shù)據(jù)誤差；dρ_bion表示電離層效應(yīng)引起的地面GPS數(shù)據(jù)偏差；dρ_btrop表示對流層時延引起的地面GPS數(shù)據(jù)偏差；dM_b表示多路徑效應(yīng)引起的地面GPS數(shù)據(jù)偏差；v_b表示地面GPS接收機(jī)噪聲值；

需要說明的是，步驟1021中，dρ_bion、dρ_btrop和dM_b的單位均為米，dδ_b的單位為ppm；v_b的單位為分貝。

步驟1022、將步驟2011中獲得的數(shù)據(jù)存儲在地面GPS數(shù)據(jù)存儲器10中；

步驟103、偽距修正：

步驟1031、獲取偽距修正值：計(jì)算機(jī)11調(diào)用地面GPS數(shù)據(jù)存儲器10中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算：其中表示地面基準(zhǔn)站測得的地面基準(zhǔn)站與第i顆衛(wèi)星之間的偽距修正值；

步驟1032、改正無人機(jī)與衛(wèi)星之間的偽距：

當(dāng)無人機(jī)距離地面基準(zhǔn)站的距離小于1000km時，dρ_uion≈dρ_bion，dρ_utrop≈dρ_btrop，設(shè)Δdρ＝C(dδ_u-dδ_b)+(dM_u-dM_b)+(v_u-v_b)，因此，

步驟104、獲得GPS飛行軌跡：求解得到GPS飛行軌跡U(t)＝(x_u,y_u,z_u)，

步驟二、自由網(wǎng)情況下飛行軌跡的獲?。?/p>

步驟201、影像信息獲?。豪煤綌z相機(jī)6對相應(yīng)的像點(diǎn)攝像得到像點(diǎn)照片，并存儲在存儲卡5中，計(jì)算機(jī)11利用立體設(shè)備求得像點(diǎn)照片的像點(diǎn)坐標(biāo)(x_j,y_j)，通過工作人員在測區(qū)地面采集測區(qū)地面點(diǎn)影像信息(X_j,Y_j,Z_j)，其中，j＝1,2，3；

步驟202、計(jì)算機(jī)11對影像信息進(jìn)行空三處理：

其中，

表示拍攝像點(diǎn)照片時無人機(jī)機(jī)頭所指方向和地面的夾角，ω表示拍攝像點(diǎn)照片時無人機(jī)機(jī)頭所指方向在地面上的投影和正北方向的夾角、κ表示拍攝像點(diǎn)照片時無人機(jī)機(jī)翼的傾斜角，ω和κ三個角度表示像點(diǎn)照片的空間姿態(tài)，f表示拍攝像點(diǎn)照片時航攝相機(jī)6的焦距。

步驟203、獲得自由網(wǎng)下飛行軌跡：求解得到自由網(wǎng)下飛行軌跡設(shè)S(t)＝(X_S,Y_S,Z_S)，S(t)表示自由網(wǎng)情況下攝站點(diǎn)的坐標(biāo)。

步驟三、空間直線參數(shù)提?。?/p>

步驟301、提取GPS飛行軌跡空間直線參數(shù)：在GPS飛行軌跡U(t)上任取兩個軌跡點(diǎn)和表示t_h時刻的GPS飛行軌跡點(diǎn)，表示t_h+1時刻的GPS飛行軌跡點(diǎn)，利用向量描述GPS飛行軌跡：表示單位向量，表示垂直于單位向量的法向量；

步驟302、提取自由網(wǎng)下飛行軌跡空間直線參數(shù)：在自由網(wǎng)下飛行軌跡S(t)上任取兩個軌跡點(diǎn)和表示t_j時刻的自由網(wǎng)下飛行軌跡點(diǎn)，表示t_j+1時刻的自由網(wǎng)下飛行軌跡點(diǎn)，利用向量描述自由網(wǎng)下飛行軌跡：表示軌跡點(diǎn)和軌跡點(diǎn)在空間內(nèi)的單位向量，表示垂直于單位向量的法向量；

步驟303、求解相似變換參數(shù)：相似變換參數(shù)其中μ表示自由網(wǎng)下的軌跡轉(zhuǎn)換到GPS軌跡時的尺度因子，θ表示自由網(wǎng)下的軌跡轉(zhuǎn)換到GPS軌跡時的旋轉(zhuǎn)矩，q表示自由網(wǎng)下的軌跡轉(zhuǎn)換到GPS軌跡時的平移參數(shù)，利用最小二乘法求解，得到T(μ,θ,q)；

步驟四、曲線擬合得到攝站點(diǎn)坐標(biāo)：

步驟401、自由網(wǎng)下飛行軌跡空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：對自由網(wǎng)情況下攝站點(diǎn)的坐標(biāo)(X_S,Y_S,Z_S)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中S(t)'＝(X′_S,Y′_S,Z′_S)表示相似轉(zhuǎn)換后的自由網(wǎng)下飛行軌跡空間坐標(biāo)；

步驟402、建立曲線擬合模型：建立曲線擬合模型其中U(t)'表示曲線擬合后得到的GPS飛行軌跡點(diǎn)坐標(biāo)，N_h,k(t)為K階B樣條基函數(shù)，t_h為GPS飛行軌跡點(diǎn)的對應(yīng)時間，N_h,1(t)表示1階B樣條基函數(shù)在第h段區(qū)間上的值；

步驟403：求攝站點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確值：根據(jù)最小二乘優(yōu)化公式求攝站點(diǎn)坐標(biāo)P的準(zhǔn)確值，得到：

具體實(shí)施時，將飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器1、飛機(jī)GPS天線2、飛機(jī)GPS芯片3、第一微控制器4、航攝相機(jī)6和存儲卡5都搭設(shè)在無人機(jī)上。通過航攝相機(jī)6依據(jù)相關(guān)的航測規(guī)范采集測區(qū)影像信息，存儲卡5用于存儲測區(qū)影像信息。利用飛機(jī)GPS天線2和飛機(jī)GPS芯片3接收衛(wèi)星信號，并通過第一微控制器4將衛(wèi)星信號存儲在飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器1上，利用地面GPS天線7和地面GPS芯片8在地面上接收衛(wèi)星信號，并通過第二微控制器9將衛(wèi)星信號存儲在地面GPS數(shù)據(jù)存儲器10上，飛機(jī)GPS芯片3和地面GPS芯片8采集GPS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)更新率均為10Hz，使得機(jī)載GPS數(shù)據(jù)和地面GPS數(shù)據(jù)頻率對應(yīng)。GPS數(shù)據(jù)采集和測區(qū)影像信息采集之間不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完全獨(dú)立工作進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，能夠避免測區(qū)影像信息采集和GPS數(shù)據(jù)采集之間因?yàn)樾盘栍绊懏a(chǎn)生的同步誤差。

在GPS數(shù)據(jù)采集和測區(qū)影像信息采集結(jié)束以后，計(jì)算機(jī)11調(diào)用地面GPS數(shù)據(jù)存儲器10、飛機(jī)GPS數(shù)據(jù)存儲器1和存儲卡5中的數(shù)據(jù)，對測量得到的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)和地面GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行事后計(jì)算，不需要使用信號線進(jìn)行連接，避免了實(shí)時差分中存在的由于數(shù)據(jù)傳輸以及整周跳變對測量精度的影響。將地面站作為差分基準(zhǔn)站，將測得的機(jī)載GPS數(shù)據(jù)與已知的地面GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定誤差，得出準(zhǔn)確的改正值，得到GPS飛行軌跡U(t)＝(x_u,y_u,z_u)，即為事后差分GPS的工作過程。

計(jì)算機(jī)11對影像信息進(jìn)行空三處理，得到自由網(wǎng)情況下攝站點(diǎn)的坐標(biāo)S(t)＝(X_S,Y_S,Z_S)，S(t)即為自由網(wǎng)情況下飛行軌跡。由于GPS飛行軌跡U(t)和自由網(wǎng)情況下飛行軌跡S(t)在空間內(nèi)是兩條相似的三維曲線，計(jì)算得到兩條三維曲線的相似變換參數(shù)T(μ,θ,q)，對GPS飛行軌跡U(t)和自由網(wǎng)情況下飛行軌跡S(t)進(jìn)行空間直線參數(shù)提取，對所得的直線進(jìn)行相似變換，求取尺度因子μ、旋轉(zhuǎn)矩陣初值θ和平移參數(shù)q，其中μ為尺度因子，θ為3階正交矩陣旋轉(zhuǎn)矩陣，q為3×1矩陣。根據(jù)相似變換參數(shù)T(μ,θ,q)，求出自由網(wǎng)情況下飛行軌跡S(t)轉(zhuǎn)換到GPS飛行軌跡U(t)上的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)S(t)'＝(X′_S,Y′_S,Z′_S)。采用B樣條曲線N_h,k(t)進(jìn)行曲線擬合，時間t_h在B樣條曲線N_h,k(t)上進(jìn)行滑動，當(dāng)曲線擬合后得到的GPS飛行軌跡點(diǎn)坐標(biāo)U(t)'與相似轉(zhuǎn)換后的自由網(wǎng)下飛行軌跡空間坐標(biāo)S(t)'距離最近的時候，得到攝站點(diǎn)坐標(biāo)P，將攝站點(diǎn)坐標(biāo)P用非線性最小二乘法優(yōu)化，最終得到相應(yīng)的攝站點(diǎn)坐標(biāo)P的準(zhǔn)確值。

以上所述，僅是本發(fā)明的實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。