inertial navigation system

Inhalte
 Bildflug
– Bildflugplanung
– Navigation (Einsatzmöglichkeiten von GPS und
Inertialsystemen)
 Zweibildauswertung
– Grundlagen
– Stereoskopisches Sehen und Messen
– Stereoauswertesysteme
– Orientierungsverfahren in der
Stereoauswertung
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Navigation
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Bildflug - Navigation
Navigation
HS BO – Lab. für Photogrammetrie:
Navigation
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Zielsetzung
 Direkte Messung der Positon und
Orientierung des airborne-Sensors
 Notwendige Sensorik: GPS, IMU
 Zeitstempel: Position/ Lage ist auf
den Aufnahmezeitpunkt der Kamera
zu interpolieren
 Datenintegration über Kalman-Filter
 Bestimmung der ÄO
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Bildflug - Navigation
 Der ursprünglichen Intention von GPS folgend, kann
GPS mit großem Vorteil zur Navigation des Bildfluges
benutzt werden.
 Eine zusätzliche Aufgabe besteht bei Kameras
Flächensensoren darin, die Belichtung der einzelnen
Aufnahmen vom GPS auslösen zu lassen.
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Bildflug - Navigation
 Zu diesem Zweck sind mit GPS fortlaufend die
Positionierungen des Bildflugzeuges in Echtzeit (real
time) zu ermitteln und mit den projektierten
Positionen für die Projektionszentren zu vergleichen.
 Ein solcher GPS-Einsatz liefert gezielte
Einzelaufnahmen (auch "Punktflug" genannt).
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Bildflug - Navigation
 Für die genannten Aufgaben kommt GPS im
kinematischen Modus mit dem so genannten C/ACode in Frage.
 Die Genauigkeit der GPS-gestützten Navigation der
Bildflugzeuge liegt bei besser ±20 m. Wird eine Ablage
im Bild von ±2 mm akzeptiert unterstellt (Differenz
zwischen dem projektierten und dem tatsächlichen
Aufnahmeort), dann reicht diese Genauigkeit für
Befliegungen in Bildmaßstabszahlen kleiner als 10.000
aus.
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Bildflug - Navigation
 Nur für sehr großmassstäbige Flüge wird eine
genauere Navigation benötigt.
 Beim Übergang auf differentielles GPS (DGPS) kann die
Navigationsgenauigkeit von GPS im kinematischen
Modus auf einige Meter erhöht werden.
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Mit GPS können die Koordinaten der Aufnahmeorte und
 mit einer IMU (inertial measurement unit) die Winkel,
die die Stellung des jeweiligen Bildes definieren,
ermittelt werden.
 Mit dem DGPS wird eine Positioniergenauigkeit von
etwa einem Dezimeter "on the fly" im Postprocessing
erreicht.
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Die genauen Positionen der GPS-Antenne im Flugzeug
wird etwa in Sekundenintervallen ermittelt.
 Das entspricht – abhängig von der Fluggeschwindigkeit
– Positionsabständen von etwa 50 bis 100 m. Diese
(Stütz-) Punkte können mit räumlichen Kurven
verbunden werden.
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Bildflug – Äußere Orientierung
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Entlang dieser Kurve läuft eine Zeitskala als Parameter.
 Wenn die einzelnen Aufnahmen in der gleichen
Zeitskala - in der Regel die GPS-Zeit - ausgelöst wurden,
können durch Interpolation die Koordinaten der
Antennenspitzen Ai zu den Zeitpunkten der Belichtung
der Aufnahmen gefunden werden.
 Diese Synchronisation ist etwa mit 1 ms möglich, d.h. bei
einer Fluggeschwindigkeit von 250 km/h beträgt der
Fehler 7 cm.
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Zum Übergang auf die Koordinaten der
Projektionszentren P0i wird die Stellung des Sensors im
Zeitpunkt der Aufnahme benötigt.
 GPS liefert nur die Positionierung der Aufnahmeorte Ai.
 Messsysteme, die sowohl die Positionierung als auch
die Stellung der Sensoren liefern, sind Trägheitsnavigationssysteme, auch Inertialnavigationssysteme
(INS, inertial navigation system) genannt.
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Zur Erfassung der Bewegungen eines mobilen
Fahrzeuges benötigt man drei, orthogonal zueinander
angeordnete Beschleunigungsmesser.
 Die drei Beschleunigungsmesser sind für eine
vollständige Erfassung der Bewegung eines Fahrzeuges
nicht ausreichend.
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Benötigt werden noch zusätzlich die Richtungsinformationen. Sie ist mit drei Kreiseln (gyros) an den
drei Drehachsen kontinuierlich zu bestimmen.
 Zum Einsatz kommen heutzutage vor allem optische
Kreisel.
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Die Positionsgenauigkeit einer IMU ist nur für sehr kurze
Zeitintervalle akzeptabel.
 In einem Positions- und Orientierungs-system POS werden
daher GPS und IMU kombiniert:
– GPS stützt IMU
– IMU liefert Richtungen und verdichtet die verhältnismäßig großen
Punktabstände der GPS-Registrierung
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Bildflug – Äußere Orientierung
 AEROControl ist das GPS/IMU System für die präzise
Positions- und Lagebestimmung von airborne-Sensoren der
Fa. IGI.
 Das System besteht aus einer IMU auf der Basis von FiberOptik-Gyros (FOG) und einer Sensor-Management-Unit
(SMU) mit integrierten high-end GPS Empfängern.
 Es sind aktuell 3 verschiedene Systeme mit unterschiedlichen Genauigkeiten verfügbar.
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Bildflug – Äußere Orientierung
Quelle: www. Igi.eu/ccns4.html
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IGI CCNS4 und AEROcontrol
Quelle: www. Igi.eu/ccns4.html
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Applanix Navigationssystem
A) Applanix POSTrack touch
screen
B) Camera
C) IMU
D) Azimuth Mount
E) Flight Management System
(FMS) Integrated Applanix
POSTRACK
F) Speichereinheit
G) Camera Computer System
H) Applanix POS AV, direkte
Georeferenzierung
I) Power Distriction Unit (PDU)
J) Trimble INPHO software
K) Applanix POSPac MMS
Software
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Bildflug – Äußere Orientierung
 Die Abbildung zeigt die
Anordnung der
wichtigsten Sensoren in
einem POS gemeinsam
mit einem abbildenden
Sensor.
 Große Sorgfalt ist auf die
Bestimmung der
gegenseitigen Lage
dieser drei Sensoren zu
legen.
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