[發明專利]一種可實現高精度絕對位置及姿態測量的穩定平臺系統

在審

• 申請號: 201610826635.6
• 申請日: 2016-09-18
• 公開（公告）號: CN106705966A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 徐燁烽;張仲毅;徐韜
• 申請（專利權）人: 北京星網衛通科技開發有限公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01S19/47
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種穩定平臺的高精度穩定控制方法，在穩定控制的基礎上，可以實現平臺絕對指向角、平臺位置的高精度測量，將高精度位置姿態測量系統與穩控平臺系統進行融合一體化設計；系統涉及高精度位置姿態測量領域，慣性穩定控制領域，遙感測繪等相關領域。

背景技術

遙感是當前地理信息產業發展的重要核心技術，按照遙感設備的載體來分類，當前遙感系統主要包括陸基、空基、海基遙感系統，其中應用最廣泛的便是城市街景測量系統，航空攝影測量系統和海洋三維地貌測量系統。遙感系統的任務載荷，如攝像機，由于載體自身運動等因素影響，使得任務載荷的探測器不能穩定精確指向，遙感載荷平臺劇烈的姿態變化最后會造成采集圖像的扭曲變形，嚴重情況下，可能會導致圖像可視性極大降低甚至無法判讀，為保證遙感探測圖像質量，遙感系統必備載荷穩定平臺，通過穩定平臺來確保探測圖像的質量；在穩定平臺的基礎上，遙感系統需要確定任務載荷探測的每一張圖像的準確地理位置，這就需要精確地知道任務載荷的精確位置坐標和穩定平臺的精確姿態指向。一般情況下，由于探測目標與穩定平臺的距離較遠，為了確保準確的坐標位置，對穩定平臺的姿態角有特別高的要求，如假設2000米的距離，為了確保1米的位置精度，對穩定平臺姿態角的精度要求為0.028°，因此，在穩定平臺的基礎上需要增加一套高精度的位置姿態測量系統，即POS系統；因此，在當前應用的大部分遙感系統中，高精度位置姿態測量系統和穩定平臺為兩個必要的設備。

當前的遙感設備中，POS系統和穩定平臺系統往往都是獨立配置的，POS系統中包含有3個陀螺儀和3個加速度計，穩定平臺中也包含3個陀螺儀，陀螺儀重復配置造成系統體積重量較大，成本較高；此外，POS系統解算的姿態和穩定平臺的姿態角之間由于時間系統參考不一致，容易引入時間不同步誤差；第三，POS系統和穩定平臺采用獨立的CPU，利用POS系統輸出的姿態角再控制穩定平臺的指向，容易引入時間延遲造成的穩定誤差；第四，POS系統和穩定平臺都作為分立的系統獨立安裝，兩者的空間安裝誤差較難標定且每次安裝后都需要重新標定。

本發明主要針對上述POS系統與穩定平臺系統獨立配置的方案中存在的上述4點問題，提出一種POS系統與穩定平臺一體化設計方案，從而實現一種高精度絕對位置測量及絕對姿態指向的穩定平臺系統；該系統可以簡化掉分立系統集成時至少1/3以上的誤差源，同時，還將有效減小平臺體積、降低平臺成本；此外，一體化穩控方案的設計關鍵在于將POS系統所提供的高精度的載體運動和姿態信息融入到穩定平臺的控制回路當中，在不增加成本和重量的基礎上，提高穩定平臺的精度。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有POS系統與穩定平臺獨立配置的技術方案中的不足點，提供一種一體化配置方案，從而實現一種高精度絕對位置測量及絕對姿態指向的穩定平臺系統，具體如下：

一種可實現高精度絕對位置測量及絕對姿態指向的穩定平臺系統，系統包括高精度GPS基準站，GPS移動站，慣性測量單元，三軸穩定平臺，平臺任務載荷，數據存儲單元1，綜合處理計算機，數據存儲單元2，數據后處理模塊組成；GPS移動站，慣性測量單元，三軸穩定平臺均通過通信接口與綜合處理計算機相連；綜合處理計算機內含同步時鐘1發生器，組合導航解算模塊，穩定控制模塊，導航誤差估計模塊；同步時鐘1發生器發出高精度的同步時鐘脈沖1，數據存儲單元1基于同步時鐘脈沖1的信號，同步鎖存GPS移動站，慣性測量單元，三軸穩定平臺，平臺任務載荷的所有原始數據信息；綜合處理計算機內含組合導航解算模塊，該模塊采集GPS移動站和慣性測量單元的原始數據信息，實現高精度的位置及姿態解算，并將解算信息送給穩定控制模塊，穩定控制模塊輸出控制指令，實現三軸穩定平臺的穩定控制，同時利用導航誤差估計模塊估計出組合導航系統的相關誤差，并進行補償；GPS基準站將原始數據存儲至數據存儲單元2上，數據后處理模塊將數據存儲單元1和數據存儲單元2的信息進行融合，并輸出高精度的位置、速度、姿態等運載體信息和與之匹配的任務載荷測量信息。