题目：惯性/卫星组合导航系统高精度快速抗扰动初始对准方法研究

高分辨率对地观测是以飞机、卫星等飞行器为观测平台，利用运动成像载荷获取地球表面与表层的大范围、高精度、多层次空间信息的一种尖端综合性技术。高分辨率、高精度、实时运动成像是对地观测技术的核心。作为一种高精度惯性/卫星组合导航系统，高精度POS为遥感载荷提供高精度位置姿态基准，是制约我国高分辨率遥感系统发展的关键技术瓶颈。在设备研制方面，目前我国在此领域的研究处于起步阶段，尤其是基于激光陀螺的高精度POS设备的研制更是空白。在理论研究方面，快速抗扰动初始对准是POS的关键技术之一，也是提高POS精度的关键环节之一。

本论文针对航空遥感应用的特点，结合国内遥感领域对POS的迫切需求，以POS应用为背景，开展了惯性/卫星组合导航系统高精度快速抗扰动初始对准方法研究，同时完成了基于激光陀螺（RLG）的高精度机载POS的系统样机研制及与各成像载荷单位的联合飞行实验。论文的主要创新成果如下：

1、针对在外部扰动下，静基座对准速度慢、精度低、鲁棒性差的问题，提出了一种抗扰动四元数优化地面静基座初始对准方法。同时给出了该方法对准结果受扰动影响程度的判定方法，该方法通过在优化指标计算中利用静态时间点的选取原则剔除对准过程中的线运动扰动点，避免了外部扰动对对准结果的影响。飞行实验结果表明，该方法与原算法及卡尔曼滤波对准方法相比，能够有效隔离线运动的干扰，显著提高对准精度，缩短对准时间。

2、针对空中机动对准所需时间长、受外部扰动影响对准精度差的问题，提出了一种基于四元数最优化的机载POS空中动基座对准方法，将空中对准问题转化为求解四元数矩阵特征向量的最优化问题，通过解析方法解决了快速空中对准问题。通过将杆臂补偿因素融入算法中，消除了杆臂误差对对准结果的影响。通过对算法的解析分析，得出了GPS量测对对准姿态的期望没有影响的结论。提出了姿态不确定程度的估计方法。通过仿真、地面实验和飞行实验，表明了本文提出的方法，在强机动干扰和对准精度相当的前提下，对准结果比自适应卡尔曼滤波空中动基座对准方法的滤波结果鲁棒性强、收敛速度快。

3、针对基于卡尔曼滤波的惯性器件误差在线估计精度差、稳定性差的问题，提出了一种解析的惯性器件零偏误差在线估计方法，仿真和飞行实验结果表明，与传统的基于卡尔曼滤波的估计方法相比，本章所提出的方法能够更加准确的估计出IMU的陀螺零偏常值误差。

4、针对传统POS事后处理算法受初始对准影响较大的问题，提出了一种基于时间双向解算航迹融合的POS事后处理算法。提出了基于时间逆向的事后处理方法，并通过分析时间逆向处理结果与时间正向处理结果之间的相干性，然后提出了根据两个处理结果各自的P阵，按照凸组合航迹融合原则将两组处理结果进行融合的方法。飞行实验结果表明，与国外先进POS系统结果进行对比，该方法能够有效提高POS系统事后处理精度，是一种有效的POS系统事后处理算法。

5、为了验证本文算法的有效性和实用性，开展了系统集成及实验研究。首先，作为研制团队主要研制任务承担者，研制了一套高精度激光POS，系统中IMU为210×200×144mm3、重量为6.7Kg的高精度激光惯性测量单元（IMU），组合导航计算机采用了FPGA+双DSP的分布式组合导航计算机，在研制工作中，主要承担了系统总体方案设计、IMU方案设计、组合导航计算机方案设计和实现以及系统实时算法设计和实现；研制完成后，首先通过静态、转台实验和车载实验对POS的基本性能进行了测试；之后，该型POS先后与中科院电子所合成孔径雷达、中国测绘院四拼相机、中电十四所雷达等成像载荷进行了超过30架次的各种联合飞行实验，实验不仅满足了各成像载荷的成像要求，也对系统样机的综合性能进行了测试，测试结果表明，该激光POS样机精度与国外Applanix公司的POS AV610型产品精度相当。