Bildflug - Navigation - HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 1

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1 Bildflug - Navigation - HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 1

2 Zielsetzung Direkte Messung der Position 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 ÄORI HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 2

3 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 3

4 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). HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 4

5 Bildflug Navigation Für die genannten Aufgaben kommt GPS im kinematischen Modus mit dem so genannten C/A Code 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 aus. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 5

6 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 6

7 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 7

8 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 8

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10 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 A i 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 10

11 Zum Übergang auf die Koordinaten der Projektionszentren P 0i wird die Stellung des Sensors im Zeitpunkt der Aufnahme benötigt. GPS liefert nur die Positionierung der Aufnahmeorte A i. Messsysteme, die sowohl die Positionierung als auch die Stellung der Sensoren liefern, sind Trägheits navigationssysteme, auch Inertialnavigationssysteme (INS, inertial navigation system) genannt. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 11

12 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 12

13 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 13

14 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 14

15 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 Fiber Optik Gyros (FOG) und einer Sensor Management Unit (SMU) mit integrierten high end GPS Empfängern. Es sind aktuell 3 verschiedene Systeme mit unterschiedlichen Genauigkeiten verfügbar. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 15

16 Quelle: www. Igi.eu/ccns4.html HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 16

17 IGI CCNS4 und AEROcontrol Quelle: www. Igi.eu/ccns4.html HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 17

18 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 HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 18

19 DMC II und IMU IMU SSD HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 19

20 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. HS BO Lab. für Photogrammetrie: Navigation 20