定位定姿系統（Position and Orientation System，POS）是GNSS/INS組合導航技術在移動測圖技術（Mobile Mapping Technology，MMT）領域的一個應用，為攝影測量相機和激光掃描雷達（LiDAR）等設備捕捉的每幀影像提供精確的直接位置和姿態信息（Direct Geo-reference）。由于我們研究中心與學校其他測繪遙感相關院系和重點實驗室的關系密切，因此GNSS/INS組合導航技術被優先應用于POS系統的研發，享受“近水樓臺”之利。目前，我們已經成功實現了POS系統產業化應用，形成了不同精度等級的系列化產品，并開發了我國首套產品化POS數據處理軟件——GINS，打破了POS產品長期被國外公司壟斷的被動局面，使得我國敏感的測繪數據信息能夠得到有效保護。

POS算法與傳統的GNSS/INS組合導航算法存在顯著差異，POS主要追求后處理解算的高精度，因此可以采用反向平滑算法進一步提高定位定姿的精度和穩健性，POS算法流程圖參見圖1。另外，兩者在精度要求、實時性、可靠性等方面也有不同，具體對比參見表1。

圖1：POS算法框圖

 

表1：POS與組合導航系統的對比

POS的定位定姿精度取決于硬件和軟件。其中，定位精度主要由GNSS定位模式所決定，而定姿精度主要依靠慣導等級。當GNSS信號出現短時間中斷或干擾時，定位精度由慣導進行維持，此時慣導的品質一方面取決于慣性器件的等級（硬件），另一方面取決于GNSS對慣導的輔助是否充分（軟件）。我們團隊與合作公司自主開發的POS數據處理軟件GINS（軟件界面參見圖2）與國外主流軟件導航性能相當，參見圖3和相關論文[1]。

圖2：自主開發的首款國產POS數據處理軟件——GINS

圖3：GINS與國外兩款主流商用軟件結果對比（考察GNSS中斷時的水平位置漂移）

相關論文：

[1]   X. Niu, Q. Zhang, L. Gong, C. Liu, H. Zhang, C. Shi, J. Wang and M. Coleman (2014). "Development and evaluation of GNSS/INS data processing software for position and orientation systems." Survey Review 2014; 47(341), 87-98.

[2]  Quan Zhang, Xiaoji Niu, Qijin Chen, Hongping Zhang, Chuang Shi. “Using Allan variance to evaluate the relative accuracy on different time scales of GNSS/INS systems”. Measurement Science and Technology. Vol. 24(8) (Jul. 2013) 085006 (10pp)

 

相關軟件著作權：

牛小驥、張全、章紅平等，GNSS/INS組合導航數據處理軟件（Cinertial），軟著登記號：2013SR162654；編號：00395543，2013年6月28日