（8） （9） （10）
2.2 INS导航定位技术（原理）
re V e
Ve
Rbe
f
b
2ieeV
e
g
e
Rbe Rbe (bei bib )
g e 为e系的重力矢量
V 为速度矢量
Gi 为地球引力加速度矢量
e,b分别表示地固系和载体坐标系
（11）
2.2 INS导航定位技术（原理）
陀螺仪
加速度 计
2.1 GPS定位测速技术（系统）
高度: 22,000 km 周期: 12 hrs 轨道面倾角: 55 degrees 轨道面个数: 6 轨道卫星数: 4 全部卫星数: 24（31）
2.1 GPS定位测速技术（组成）
•卫星部分 •地面控制部分 •用户终端
2.1 GPS定位测速技术（卫星）
• 功能:
SA open 24.0
7.0 2.0 2.3 0.6 1.5 25.0 1.5
SA close 0.0
7.0 2.0 2.3 0.6 1.5 7.5 1.5
2.1 GPS定位测速技术（差分定位）
2.1 GPS定位测速技术（差分定位）
~ij ij C
（3）
ij Nij ij
（4）
ij Nij ij0 Bdr （5）
ij
N
j i
i
j
ij ( Xi X j )2 (Yi Y j )2 (Zi Z j )2
（1） （2） （2.1） （2.2）
2.1 GPS定位测速技术（单点定位）
Error resource
Ionosphere Troposphere Orbit error Noise Multi-path Total HDOP
地面控制点任务大幅减轻
但对测区图形和控制点 仍存在要求
Z ▲
Y ▲
X
GPS 流动站
Time Position(x,y,z) Attitude( , ,k)
▲
▲
GPS 基站
▲
1.3 直接地理参考（POS）
地面控制点只需GPS参考站 对测区图形不再要求
解算简单，效率高
应用领域广阔
Z
GPS 流动站 Time Position(x,y,z)
IMU Attitude( , ,k)
Y
X
GPS 基站
▲
1.3 直接地理参考（POS）组成
GPS 天线
▪差分GPS（基站、流动站）
zB
▪惯性测量单元IMU
▪处理软件
xB
zS
Sensor
yS yB xS
IMU GPS 基站
2 GPS/INS组合航空遥感平台定位定向原理与方法
•GPS定位测速技术 •INS导航定位技术 •GPS/INS组合导航定位原理 •航空遥感中GPS/INS组合定位定向
（7）
2.1 GPS定位测速技术（差分测速）
ij ij ij dti dtj Iij Ti j （6）
ij ij0 BdV
厘米/秒级 厘米/秒级
（7）
2.2 INS导航定位技术
2.2 INS导航定位技术（器件）
2.2 INS导航定位技术（器件）
Z
陀螺 X
加速度计 Y
2.2 INS导航定位技术（数据）
INS导航方程：
re V e
Ve
Rbe
f
b
2ieeV
e
ge
Rbe
Rbe (bei
b ib
)
INS误差方程：
（11）
re V e
Ve N ere 2ieeV e F e Rbeb iee Rbed
GPS/INS组合高精度定位定向
武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 孙红星
2010，6，8
主要内容
1 遥感平台定位定向方法概述 2 GPS/INS组合航空遥感平台定位定向原理与方法 3 GPS/INS/其他传感器组合陆地遥感平台定位定向方法 4 现有商用POS系统及其应用
1遥感平台定位定向方法概述
2.1 GPS定位测速技术（地面监控）
▪ 组成:
▪ 1 主控站 ▪ 5 监测站 ▪ 3 注入站
▪ 功能:
▪ 监控卫星 ▪ 编辑星历 ▪ 保持时间系统
2.1 GPS定位测速技术（用户终端）
▪ 功能:
▪ 接收和量测信号 ▪ 导航、定位、测速、授时等
▪ 设备:
▪ 石英钟 ▪ 锁相环
2.1 GPS定位测速技术（信号）
•传统航空摄影测量航空三角（AT） •GPS辅助航空三角（GPS AT） •直接地理参考（POS）
1.1 传统航空摄影测量航空三角（AT）
地面控制点任务繁重 耗时、花费较多
Z Y▲
▲▲ X▲
▪Position(x,y,z) ▪Attitude( , ,
k)
▲ ▲▲ ▲
1.2 GPS辅助航空三角（GPS AT）
2.2 INS导航定位技术（原理）
ri f i Gi
ri Rci (rc 2iccrc iccr c iccicc r c )
Rba Rbabab
ri (X i Y i Z i )T 为位置矢量 f i 为比力矢量
Gi 为地球引力加速度矢量
R 为旋转矩阵
为角速度矢量
i,a,b,c 分别表示惯性系和其它坐标系
•载波相位（L1 ，L2，L5）/多 普勒频移
•伪距（C/A，P1 ，P2，C2，M1 ，M2）
•导航信息（轨道，卫星钟差，电离层，卫星健康状况）
2.1 GPS定位测速技术（测量方程）
~ij ij dti dt j Iij Ti j C
ij
j i
ij
dti
dt
j
Iij
Ti
j
• 发射导航信号 • 其他目的，通讯、监控等
• 设备:
•原子钟（2 铯钟，2 铷钟） •信号发生器和发射器
•类型:
• 实验卫星: Block Ⅰ • 工作卫星: Block Ⅱ
– Block Ⅱ – Block ⅡA – Block ⅡR（R-M） – Block ⅡF (GPS modernization)
2.1 GPS定位测速技术（差分定位）
~ij ij C
米级
米级ij Nij ij0 Bdr （5）
厘米级 厘米级
2.1 GPS定位测速技术（差分测速）
ij ij ij dti dtj Iij Ti j （6）
ij ij0 BdV
旋转矩阵 计算
姿态角
旋转矩阵
导航计 算
位置、 速度
2.2 INS导航定位技术（原理）
2.3 GPS/INS组合导航定位原理
强
基于无线电距离定位 互
定位精度不积累
补 性
容易受外界干扰
无姿态输出
基于物理积分定位 定位精度积累快 不受外界干扰 位置姿态同时输出
高精度时间/位置/速度/姿态
2.3 GPS/INS组合导航定位原理