一种面向机动的低成本姿态测量系统
基于单片机的计步器设计
基于单片机的计步器设计随着人们生活水平的提高和科技的不断进步，智能硬件设备已经成为我们日常生活的一部分。
其中，计步器作为一种监测身体运动的工具，越来越受到人们的喜爱。
而基于单片机计步器的设计，不仅具有较高的精度和稳定性，还能够有效地降低成本。
本文将详细介绍基于单片机计步器的设计思路和实现方法。
计步器作为一种运动监测工具，可以帮助人们有效地监测自己的运动量，进而控制饮食和调整运动计划。
传统的计步器多为机械式或电子式，但其成本较高、体积较大，不利于随身携带。
因此，设计一种低成本、便携式的计步器成为了一项重要需求。
基于单片机的计步器应运而生，成为了满足这一需求的有效解决方案。
基于单片机计步器的核心部件为单片机、加速度传感器和显示屏。
其中，单片机作为控制中心，负责处理加速度传感器采集的数据并控制显示屏的显示；加速度传感器用于监测步行时的加速度变化；显示屏则用于显示步数、距离、时间等数据。
电路连接方面，单片机与加速度传感器、显示屏等部件通过线路连接。
其中，加速度传感器通过AD转换将模拟信号转化为数字信号，再传输给单片机；单片机将处理后的数据传输给显示屏进行显示。
软件设计方面，我们采用C语言编写程序。
程序主要包括数据采集、数据处理和数据显示三部分。
数据采集部分负责读取加速度传感器的数据；数据处理部分将这些数据进行分析和处理，计算出步数、距离、时间等参数；而数据显示部分则负责将处理后的数据显示在显示屏上。
在实现单片机计步器的过程中，首先需要进行实验验证，以确定设计的可行性和稳定性。
实验中，我们需要采集不同步行速度和距离下的加速度数据，并对这些数据进行处理和分析，以得出准确的步数、距离和时间等参数。
实验验证不仅能够帮助我们检验设计的正确性，还能够为后续的实际应用提供参考。
数据采集和处理是单片机计步器的核心环节之一。
在实际应用中，我们需要通过加速度传感器采集步行时的加速度变化数据。
这些数据经过AD转换后，传输给单片机进行处理。
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一、单选题【本题型共20道题】1.摄影测量内定向是恢复像片（）的作业过程。
A．像点坐标B．内方位元素C．外方位元素D．图像坐标用户答案：[A] 得分：2.002.航摄比例尺S的计算公式为:（）A．S=摄影机主距/相对行高B．S=摄影机焦距/相对行高C．S=摄影机主距/绝对行高D．S=摄影机焦距/绝对行高用户答案：[A] 得分：2.003.浩瀚的海洋为遥感技术应用提供了广阔的舞台，以下不属于该领域的应用为：（）A．雷达散射计利用回波信号研究海洋工程和预报海浪风暴B．利用SAR图像确定海浪谱及海表面波长、波向、内波；提取海冰信息；监测污染事件；进行水下地形测绘C．多光谱扫描仪MSS,TM和CZCS在海洋渔业，海洋污染监测，海岸带开发等方面发挥重要作用D．利用航空LiDAR技术可以直接测量一定深度内的海底地形E．监测土地沙漠化，盐碱化，垃圾堆积用户答案：[E] 得分：2.004.环境和灾害监测是遥感技术应用最为成功的领域，以下不属于该领域的应用为：（）A．利用影像色调监测大气气溶胶、有害气体B．分析遥感影像特征，监测江河湖海各种水污染C．森林火灾监测等D．修测地形图用户答案：[D] 得分：2.005.当采用机载激光雷达设备执行1:1000比例尺地形图测量任务时，在做航线设计时，其点云密度和高程模型格网间距应符合：（）A．点云密度大于32个/m2，高程模型成果格网间距0.25mB．点云密度大于16个/m2，高程模型成果格网间距0.5mD．点云密度大于1个/m2，高程模型成果格网间距2.0m用户答案：[C] 得分：2.006.以无人机航空摄影测量常用的Canon 5D MarkII为例，其主距为35mm,像元大小为6.4微米，那么547米相对航高时，其水平航摄获取影像的地面分辨率为：（）A．5cmB．10cmC．15cmD．20cm用户答案：[B] 得分：2.007.发射光路和接收光路一一对应，激光发射频率不受航高和视场角约束，点云数据密度均匀，但是扫描角度小且固定，地面覆盖偏窄的激光雷达扫描方式为：（）A．摆动扫描镜B．旋转正多面体扫描仪C．光纤扫描仪D．隔行扫描仪用户答案：[C] 得分：2.008.解析空中三角测量的三种方法中，所求未知数非真正的原始观测值，故彼此不独立，模型最不严密的方法是: （）A．航带法B．独立模型法C．光束法D．区域网法用户答案：[A] 得分：2.009.应根据成图比例尺选择合适的地面分辨率，1：2000成图应用时，影像的地面分辨率不低于：（）A．5cmB．10cmC．15cmD．20cm用户答案：[D] 得分：2.0010.自然界中最常见的反射是：（）A．镜面反射C．实际物体的反射D．全部吸收（黑体）用户答案：[C] 得分：2.0011.按用途无人机可分为三类，不包括如下哪项内容：（）A．军用无人机B．固定翼无人机C．民用无人机D．消费级无人机用户答案：[B] 得分：2.0012.大气对电磁辐射的吸收作用的强弱主要与（）有关。
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9.传统的航空摄影所使用的光学相机的幅面都比较大，以下不属于其常见像幅尺寸的是：（）．24×36mm．18×18cm．23×23cm．30×30cm用户答案：[A] 得分：2.0010.模型绝对定向求解7个绝对定向元素时，最少需要量测的控制点数量为:（）．2 个平高控制点和1 个高程控制点B．4个平高控1个高程控制点C．5个平高控制点和1个高程D．8个平高控制点用户答案：[A] 得分：2.0011.以下常用遥感传感器中成像的传感器是：（）．光谱仪B．红外辐C．多波段扫描仪．雷达高度计用户答案：[A] 得分：0.0012.按用途无人机可分为三类，不包括如下哪项内容：（）．军用无人机B．固C．民用无D．消费级无人机用户答案：[B] 得分：2.0013.当前民用最高分辨率的遥感卫星WorldView-3的星下分辨率可以达到：（）．0.61米．0.50米．0.31米．0.25米用户答案：[C] 得分：2.0014.解析空中三角测量的三种方法中，误差方程直接对原始观测值列出，严密，但计算量大。
同时因为非常方便引入非摄影测量附加观测值，如POS数据，从而成为目前主流的空三算法是（）。
．航带法B．独立模C．光束法D．区用户答案：[B] 得分：0.0015.航摄比例尺S的计算公式为:（）．S=摄影机主距/相对行高．S=摄影机焦距/相对行高．S=摄影机主距/绝对行高．S=摄影机焦距/绝对行高用户答案：[A] 得分：2.0016.航测法成图的外业主要工作是（）和像片测绘。
．地形测量B．像片C．地物高度D．地面控制点测用户答案：[A] 得分：0.0017.应根据成图比例尺选择合适的地面分辨率，1：1000成图应用时，影像的地面分辨率不低于：（B）．5cm．10cm．15cm．20cm用户答案：[B] 得分：2.0018.解析空中三角测量是航空摄影测量的核心步骤，其输入条件通常不包括如下哪项内容：（）．航摄影像B．相机C．外业像控成果．外业调绘成果用户答案：[D] 得分：2.0019.以下哪个测绘产品不属于正摄投影：（）．摄影像片B．地形C．正射影像图．数字表面模型的正射高程渲染图用户答案：[A] 得分：2.0020.应根据成图比例尺选择合适的地面分辨率，1：2000成图应用时，影像的地面分辨率不低于：（）．5cm．10cm．15cm．20cm用户答案：[D] 得分：2.00二、多选题【本题型共20道题】1.从遥感影像处理技术和应用水平上看，主要发展方向为：（）A．多源遥感数据源的应用B．定量化：空间位置定量化和空间地物识别定量化C．信息的智能化提取D．遥感应用的网络化用户答案：[ABCD] 得分：2.002.DEM的应用包括：（）A．空间分析，包括：坡度、坡向、面积、体积的计算B．制作三维透视图C．单像修测D．绘制等高线用户答案：[ABC] 得分：2.003.以下属于航空摄影测量平台的有：（）A．中低高度飞机B．无人机C．直升机D．飞艇E．系留气球用户答案：[ABCDE] 得分：2.004.DEM有多种表示形式，主要包括：（）A．规则格网DEM B．不规则三角网DEM C．Grid-TIN混合形式的DEM用户答案：[ABC] 得分：2.005.数字摄影测量较传统摄影测量的创新点在于：（）A．采用数字影像而非传统的胶片影像B．以计算机视觉代替人的立体观察C．以计算机为核心，辅以少量外围设备D．最终形成数字产品用户答案：[ABCD] 得分：2.006.气象卫星具有以下特点：( )A．轨道：低轨（极低轨道）和高轨（静止轨道）B．成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量C．短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次，利于动态监测D．资料来源连续、实时性强、成本低用户答案：[ABCD] 得分：2.007.以下属于遥感平台的有：（）A．静止卫星B．圆轨卫星（地球观测卫星）C．航天飞机D．无线探空仪E．地面测量车用户答案：[ABD] 得分：3.008.可以造成遥感图像产生几何畸变的因素有：（）A．遥感平台位置和运动状态的变化B．地形起伏的影响C．地球表面曲率的影响D．大气折射的影响E．地球自转的影响用户答案：[ABCDE] 得分：2.009.卫星遥感系统由以下哪些部分组成：（）A．遥感平台B．传感器C．信息传输与接收装置D．数字或图像处理设备以及相关技术用户答案：[ABCD] 得分：2.0010.常见的立体观察方法有：（）A．立体镜立体观察B．互补色法C．光闸法D．偏振光法用户答案：[ABCD] 得分：2.0011.下列哪些属于像片的外方位元素：（）A．摄影中心S相对于物方空间坐标系的位置XS,YS,ZSB．3个角元素。
机载激光雷达航测技术
机载激光雷达航测技术机载三维激光雷达测量系统是一种主动航空遥感装置，是实现地面三维坐标和影像数据同步、快速、高精确获取，并快速、智能化实现地物三维实时、变化、真实形态特性再现的一种国际领先的测绘高新技术。
该技术基于激光测距、GPS定位、惯导测量、及航空摄影测量原理，可以快速、低成本、高精度地获取三维地形地貌、航空数码影像等空间地理信息数据。
激光雷达工作原理图1、机载激光雷达设备机载激光雷达测量系统设备主要包括三大部件：机载激光扫描仪、航空数码相机、定向定位系统POS（包括全球定位系统GPS和惯性导航仪IMU）。
其中机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据，测量地形同时记录回波强度及波形；航空数码相机部件拍摄采集航空影像数据；POS系统部件测量设备在每一瞬间的空间位置与姿态，其中GPS确定空间位置，IMU惯导测量仰俯角、侧滚角和航向角数据。
机载激光雷达设备主要构成天宝公司Harrier 68i是当今世界最强性能水平的全新一代机载三维激光雷达系统之一，在系统稳定性、硬件性能指标、软件配套等方面领先于其它同类产品。
Harrier 68i机载激光雷达测量系统该设备具有以下特点：➢能够接收无穷次回波的全波形数据➢最大脉冲频率可高达40万赫兹➢距离精度最高可为±2 cm➢实现与GPS、INS、数码相机等设备无缝结合➢符合激光安全标准，允许在任何高度进行安全操作➢IMU惯导仪的采样频率高达200Hz➢集成高精度航空数码相机，像素为6000万2、生产流程机载激光雷达航测作业的生产环节，主要包括航飞权申请、航摄设计、航摄数据采集、数据预处理、激光数据分类、数字高程模型（DEM）制作、数字正射影像（DOM）制作、建筑物三维白模生产等环节。
机载激光雷达航测工作流程1)航摄准备。
该阶段除需进行项目所需资料的收集以及人员和设备的配备保障等各项项目准备工作外，最主要的工作是按相关规定和流程申请获得项目测区的航飞空域使用权，这是开展后续工作的前提条件。
浅析低成本头部姿态测量装置的设计
浅析低成本头部姿态测量装置的设计摘要:本文依据图像识别法的原理,设计了一种低成本的头部姿态测量装置,该装置使用普通摄像头和摩托车头盔,头盔上做有标记,摄像头获取图像,计算机根据图像中标记的位置,计算出操作人员视线的转动角度。
本设计适用于试验室环境。
关键词:图像识别双目测量头盔瞄准具转动角度1 常见的测量装置的工作原理简述为了简化操作,提高人机功效,用测定视线的方法来控制武器的指向是一种理想的方法,然而直接测量视线方向的技术难度很大,于是在工程上就发展出了间接测量方法:测量装置利用机电,电磁,光电,超声波等手段,获取操作人员的头部姿态,配合固定在头盔上的瞄准镜筒,就可以测量出视线方向。
现在笔者介绍一下常见的头部姿态测量装置的工作原理及其特点。
第一种:机电式。
测量装置将头盔和参考基座用连杆连接在一起,头部运动时,连杆的前后平行滑动,设置在连杆两端方向接头中的测角器,就可以测出头部的方位、俯仰角。
这种方法抗干扰能力强,不容易受到环境中的电磁、光照等因素的影响,缺点是装置会限制妨碍头部的运动,人机效用差。
第二种:电磁式。
电磁式的原理是在头盔顶部安装三轴正交环形磁感应天线,然后在基座相应位置安装定向磁场辐射器,利用分时磁场辐射,或磁场章动,获得辐射器与磁感应天线之间的偏差,将头盔相对飞机的方位、俯仰以及滚角的位置计算出来。
该方法对电磁干扰比较敏感,头盔附近的金属物体也会影响其测量精度。
第三种:光电式。
光电式测量装置有旋转光束法、V形狭缝法和线性比例法等几种类型,一般由以下几部分组成的:光感受器,扫描器和电子组件。
以V形狭缝法为例,头盔上有6个红外发光二极管,每侧3个组成等腰三角形来进行安装,辐射出来的红外光由安装在V形狭缝后的扫描器接收,接收器的电信号经过处理,就可以确定瞄准线。
光电法环境适应性好,是一种广泛采用的方法。
第四种:超声波式。
超声波式探测的特点是抗电磁干扰性比较强、价格比较低。
使用过程中可以将超声发射器安放在一个等边三角形上,然后将其固定在基座上,以获得一个静止准直的参考位置,发声器按照一定规律发出超声波,接收器固定在头盔上,在控制装置的驱动下,可以测算出相关的距离信息,根据距离信息结算得出头部的移动和偏转。
自动驾驶基础——惯性测量单元（IMU）
自动驾驶基础——惯性测量单元（IMU）展开全文本文介绍了IMU在自动驾驶技术中的重要作用，严格来讲，单纯的IMU只提供相对定位信息，即自体从某时刻开始相对于某个起始位置的运动轨迹和姿态。
评价自动驾驶汽车的技术指标很多，目前最受关注的主要是安全性、成本和运营范围（也就是SAE自动驾驶分级L1- L5的等级划分中的ODD,设计运行域Operational Design Domain）。
这三个指标是相互关联的，例如，运营范围越小，应用场景越简单，成本越低，同时安全性越高，反之亦然。
因此竞争焦点在于，谁能在更大的运营范围内提供更安全和更低成本的解决方案，或提供支持这种方案的核心器件。
从目前的情况看，园区或室内的自动驾驶技术已经日趋成熟，而开放道路，尤其是城市环境下的全自动驾驶技术仍然处于研发和测试阶段。
这里面固然有感知层面的问题，目前的传感器对开放道路上的行人、动物等目标的检测能力仍然有待提高，但另一个容易被忽视的问题是定位的难度。
在一个不大的固定区域内，定位问题可以通过基础设施改造和SLAM技术解决；在室内，UWB定位可以达到厘米级精度。
然而，如果要设计一个可以在更大范围内自动驾驶的汽车，高精定位就成为一个挑战。
对于一辆自动驾驶汽车来说，高精定位有两层含义：·得到自车与周围环境之间的相对位置，即相对定位；·得到自车的精确经纬度，即绝对定位。
看到这里，很多人的第一反应是，人自己开车的时候，从来不知道自己的经纬度，为什么自动驾驶汽车一定要做绝对定位呢？其本质原因还是在于环境感知能力的差异。
人类可以仅凭双眼（和一些记忆、知识）就能精确地得出周围的可行驶区域、道路边界、车道线、障碍物、交通规则等关键信息，并据此控制汽车安全地行驶。
然而目前人类所设计的传感器和后处理算法还无法达到同样的性能。
因此，自动驾驶汽车对于周边环境的理解需要高精地图、联合感知等技术的辅助。
高精地图可以把由测绘车提前采录好的、用经纬度描述的道路信息告诉车辆，而所有的车辆也可以把实时感知得到的、用经纬度描述的动态障碍物的信息广播给周围的车辆，这两个技术叠加在一块，就可以大大提高自动驾驶汽车的安全性，从而拓展它们的运营范围。
无人机遥感技术
无人机遥感技术1前言由于无人机具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点,因此被作为一种理想的飞行平台广泛应用于军事和民用各个领域。
尤其是进入二十一世纪以后,许多国家将无人机系统的研究、开发、应用置于优先发展的地位,体积小、重量轻、探测精度高的新型传感器的不断问世,也使无人机系统的用途迅速拓展。
“ＵＡＶＲＳⅡ型无人机低空遥感监测系统”于2003年9月通过专家组鉴定。
该系统主要由遥感数据获取系统以及遥感数据后处理系统组成。
其中遥感数据获取系统按结构划分成为无人机机体、动力系统、飞行控制系统、无线电遥测遥控系统、遥感设备及其控制系统、地面监控中心控制系统。
在多次飞行中,无人机遥感数据获取系统成功获取了高分辨率航空遥感影像,实现了航摄面积覆盖。
2系统的技术优势(1)机动快速的响应能力无人机系统运输便利、升空准备时间短、操作简单,可快速到达监测区域,机载高精度遥感设备可以在短时间内快速获取遥感监测结果。
(2)性能优异无人机可按预定飞行航线自主飞行、拍摄,航线控制精度高,飞行姿态平稳。
飞行高度从50m至4000m,高度控制精度10m;速度范围从70km/h至160km/h,均可平稳飞行,适应不同的遥感任务。
(3)操作简单可靠飞行操作自动化、智能化程度高,操作简单,并有故障自动诊断及显示功能,便于掌握和培训;一旦遥控失灵或其他故障,飞机自动返航到起飞点上空,盘旋等待。
若故障解除,则按地面人员控制继续飞行,否则自动开伞回收。
(4)高分辨率遥感影像数据获取能力无人机搭载的高精度数码成像设备,具备面积覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力,获取图像的空间分辨率达到分米级,适于1∶1万或更大比例尺遥感应用的需求。
(5)使用成本低无人机系统的运营成本较低,飞行操作员的培训时间短,系统的存放、维护简便,还可免去了调机和停机的费用。
这套系统主要应用领域它以无人驾驶飞行器为飞行平台、以高分辨率数字遥感设备为机载传感器、以获取低空高分辨率遥感数据为应用目标，具有快速、实时对地观测、调查监测能力，因此在土地利用动态监测、矿产资源勘探、地质环境与灾害调查、海洋资源与环境监测、地形图更新等领域都将有广泛应用。
基于MAEKF算法的航姿参考系统设计
基于MAEKF算法的航姿参考系统设计王丁伟;祖家奎;黄海【摘要】An attitude and heading reference system(AHRS)is designed which is composed of low cost MEMS gyroscopes,accelerometers and magnetometer and a multiplicative adaptive extended kalman filter algorithm(MAEKF)is proposed based on the gravity field and magnetic field constructed measurement vector.In order to correct attitude and heading data,the MAEKF algorithm selects quaternion error and bias of gyroscopes as state vector.Then,the accurate measurement method is adopted to provide the filterwith normalized constraint.Furthermore,this paper presents an innovation-based formula which is used to estimate measurement noise covariance matrix.Finally,simulation and flight-test show that the designed AHRS can provide accurate attitude and heading pared with traditional extended kalman filter(EKF),the MAEKF algorithm effectively improves the accuracy,stability and robustness of the system.%构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法.取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据.并采用准确量测法,给滤波器加入了四元数的归一化约束,最后给出了基于新息的估计量测噪声方差矩阵的公式.通过仿真和试飞验证,表明本文设计的低成本的航姿参考系统能够提供比较准确的航姿信息.与常规的扩展卡尔曼滤波器比较,本文设计的乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法有效提高了系统的精度和稳定性,并且具有较好的鲁棒性.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】7页(P319-325)【关键词】航姿参考;乘性扩展卡尔曼滤波;自适应;误差四元数【作者】王丁伟;祖家奎;黄海【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;中创航空技术有限公司,浙江嘉兴 314000【正文语种】中文【中图分类】TJ765航姿参考系统能够准确测量载体的空间姿态信息。