题目：机载高分辨率实时SAR运动补偿用SINS/GPS组合导航系统技术研究

机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)的理想运动状态是匀速直线运动，由气流扰动和飞控系统误差引起的运动误差严重影响了SAR成像质量。因此，基于捷联惯性导航系统（Strapdown Inertial Navigation System, SINS）/全球定位系统（Global Position System, GPS）组合导航系统的运动误差补偿是实现机载高分辨率SAR实时成像的必要条件，也是制约机载高分辨率SAR实用化的技术瓶颈。 本文结合国家“863”重点项目子课题，针对0.5m分辨率机载实时SAR成像的需求，开展了机载实时SAR运动补偿用SINS/GPS组合导航系统关键技术研究，并完成了系统样机研制及试验测试，论文的主要研究工作及创新之处如下：1、针对传统的速率标定和静态多位置标定方法的不足，提出了一种惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU）无定向动静混合高精度标定方法。试验结果表明，该方法与传统24位置静态标定相比，标定后IMU的三个角速度通道的测量精度分别由0.173 °/h、0.169 °/h和0.238 °/h提高到0.101 °/h、0.105 °/h和0.137 °/h，而且标定时间从2小时降低到30分钟。然后，针对传统现场标定方法只能标定IMU的常值误差且精度不高的问题，将IMU无定向动静混合标定方法进一步改进，提出了一种新颖的IMU现场标定方法，试验结果表明该方法可在没有北向和水平基准的情况下精确地标定出IMU的33个误差系数中的15个误差系数，其精度与IMU动静混合高精度标定相当。2、针对传统SINS静基座快速精确对准方法实时性较差的问题，提出了一种改进的基于小波神经网络的SINS静基座快速精确初始对准方法。试验结果表明，该方法在保证对准精度的前提下，航向失准角的收敛时间由原来的200s减少到20s左右，同时计算量减小了50%左右，显著提高了地面静基座对准的实时性；然后，针对机载SAR天线平台可有限转动的特点，提出了一种SINS的任意双位置初始对准方法，包括任意双位置粗对准和精对准，试验结果表明，该方法的对准精度比单位置对准提高了近20倍，具有重要的工程应用价值。3、针对SINS/GPS组合导航系统中部分状态变量可观测度低导致系统精度下降甚至发散的问题，提出了一种基于可观测度分析的SINS/GPS自适应反馈校正滤波新方法。飞行试验的结果表明，该方解决了SINS/GPS不完全可观测引起滤波器发散的问题，有效地提高了组合导航系统精度。4、针对机载高分辨SAR实时成像时载机长时间直线飞行引起系统精度下降的问题，提出了一种基于系统状态变量可观测度分析与杆臂效应误差补偿的SINS/GPS空中机动对准新方法。飞行试验结果表明，经过空中机动对准后，机载SAR运动补偿用SINS/GPS组合导航系统的精度显著提高，15s纯捷联解算的水平速度误差由0.07m/s低到了0.03m/s，水平位置误差由0.57m降低到了0.15m。然后，针对SINS/GPS地面静基座对准影响系统准备时间的问题，提出了一种基于GPS观测量和模型预测滤波（MPF）的SINS/GPS空中开机自对准方法，实现了系统的“零地面准备时间”。仿真结果表明，在东向陀螺常值漂移为0.103°/h（1σ）的情况下，方位角、俯仰角和横滚角的对准误差分别为1.12′、1.31〞和-1.52〞。