[發明專利]一種機載分布式POS的實時傳遞對準的方法及裝置

有效

• 申請號: 201810153926.2
• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN108303120B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 宮曉琳;劉剛;陳隆君;房建成
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 李鑫

本發明實施例提供了一種機載分布式POS實時傳遞對準的方法和裝置，建立了大失準角條件的傳遞對準數學模型和誤差模型，利用KF和UKF分別進行線性狀態變量和非線性狀態變量的時間更新和量測更新，然后利用線性狀態變量估計值和非線性狀態變量估計值對子系統的速度、位置和姿態進行修正，由于考慮了位置誤差、非線性濾波時線性狀態變量估計值作為參數以及線性濾波時非線性狀態變量估計值作為參數存在的誤差，并分別在計算非線性狀態變量一步預測協方差矩陣和線性狀態變量一步預測協方差矩陣時予以補償，因而提高了傳遞對準的精度。

技術領域

本發明涉及導航系統領域，具體涉及一種機載分布式POS的實時傳遞對準的方法及裝置。

背景技術

多任務遙感載荷是目前機載對地觀測的重要發展方向之一，如集成高分辨率測繪相機、成像光譜儀、大視場紅外掃描儀、合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)于同一載機的多任務載荷，機載分布式陣列天線SAR等。對于裝備多任務遙感載荷的綜合航空遙感系統，需要對各載荷分布點的運動參數進行高精度測量。

分布式位置姿態測量系統(Position and Orientation System，POS)是目前獲取載機多點位置、速度、姿態等運動參數的有效手段。分布式POS的組成主要包括一個高精度主位置姿態測量系統(主系統)、多個子慣性測量單元(Inertial Measurement Unit，IMU)、一個導航計算機和一套后處理軟件。其中主系統由高精度主IMU和全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)組成，主IMU一般安裝在機艙內或機腹部，子系統一般分布在載機兩側的機翼上，依靠主系統的高精度位置、速度、姿態等運動參數對其進行傳遞對準以實現所在處運動信息的精確測量。受成本以及載機對IMU體積、重量的限制，如分布式陣列天線SAR，單側機翼上的SAR天線可多達幾十部，每個天線處的空間和承重能力都非常有限，因此急需低成本、小型化的分布式POS以實現各載荷運動參數的獲取。

機載對地觀測成像分實時成像和離線成像兩種工作模式中，實時成像要求分布式POS進行實時傳遞對準。由于低成本分布式POS系統慣性器件精度低，在實際應用中分布式POS是一個非線性系統，如果直接采用線性濾波方法，如代表性的卡爾曼濾波(KzlmanFilter，KF)，進行傳遞對準則無法滿足精度要求，而現有的高精度非線性濾波方法的計算量較大，如代表性的方法：無跡卡爾曼濾波(Unscent Kalman Filter，UKF),需要對狀態變量進行采樣，其計算量與系統狀態變量的維數成正比，UKF的運算復雜度約為其中，p為系統模型的狀態變量維數，q為觀測量維數。由于實際飛行中機體存在彈性變形，且主、子系統之間存在安裝誤差角，需要將彈性變形角和安裝誤差角均擴充為狀態變量進行估計，再加上子系統的誤差(包括速度誤差、姿態誤差、位置誤差和慣性儀表誤差)，這樣完整的傳遞對準狀態變量維數將高達24維甚至更高，使得高精度非線性濾波方法難以滿足傳遞對準的實時性要求。