题目：机载高精度POS 用激光陀螺IMU误差建模补偿方法与试验研究

机载对地观测成像载荷的高分辨率运动成像要求飞行平台保持理想的匀速直线运动，但实际运动轨迹无法满足理想状态的要求而产生运动误差，从而导致遥感图像的分辨率下降和像质退化。因此，要实现高分辨率运动成像，必须使用基于惯性/卫星组合的位置姿态测量系统（Position and Orientation System, POS）对载荷成像相位中心的运动误差进行高精度测量，以满足运动补偿的精度要求。

惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU）是POS系统的核心，用于测量遥感载荷的线运动和角运动信息。相比较于传统的捷联惯性导航系统，机载POS系统的IMU不仅需要满足体积更小、质量更轻、精度更高的要求，更需要提高在温度和振动环境下的测量精度。围绕航空遥感应用对IMU提出的特殊需求，结合我国惯性技术发展水平，本论文开展了机载高精度POS用激光陀螺IMU误差建模与补偿方法研究，完成了系统样机研制和试验测试。论文的主要创新性研究成果如下：

1、针对POS工作环境温度变化影响IMU中惯性器件测量精度的问题，提出一种基于粒子群优化支持向量机和多温度参量输入的激光陀螺温度误差建模与补偿方法。该方法以激光陀螺温度、温度梯度以及温度变化速率为模型输入参量，采用支持向量机对温度误差进行建模，并通过粒子群算法对模型参数进行优化，从而在模型的补偿精度和泛化能力两方面都取得良好的效果。试验结果表明，该方法有效消除了激光陀螺的温度误差，提高了POS系统在温度变化环境下的测量精度。

2、针对激光陀螺的随机噪声影响POS系统中IMU测量精度的问题，提出一种基于局部均值分解和前向线性预测滤波的噪声抑制方法。该方法利用局部均值分解将陀螺信号自适应分解为多频段分量，以降低信号的自相关性，再通过自适应前向预测滤波，对各频段下的随机噪声进行抑制，最后将各频段的滤波结果进行叠加。试验结果表明，该方法有效降低了激光陀螺输出数据中的随机噪声，提高了IMU的测量精度。

3、针对IMU系统参数的时变误差影响POS测量精度的问题，提出一种静态解析标定与Kalman滤波估计相结合的IMU外场高精度标定方法。该方法首先采用基于“Shape-From-Motion”思想的静态解析法标定出IMU系统参数的低精度初始值；再通过扩展Kalman滤波进一步估计出上述粗标定结果的残差，对初始值进行修正。试验结果表明，该方法无需精密转台辅助，标定精度略低于依赖高精度转台的传统解析标定方法，能够满足高精度激光陀螺POS的使用需求。

4、针对POS的复杂振动环境影响激光陀螺IMU测量精度的问题，提出一种有效抑制振动误差的IMU内部隔振系统优化设计方法。该方法首先通过隔振器构型的优化设计将线/角运动耦合的6自由度动力学模型解耦为6个单自由度的动力学模型，消除了耦合振动误差；再对各单自由度系统的动力学参数进行优化设计，抑制了传递振动误差。计算机仿真结果表明，优化设计后的隔振系统有效抑制了IMU振动误差，提高了POS在振动环境下的测量精度。

此外，本文还开展了机载高精度POS用激光陀螺IMU样机研制与试验测试。首先，设计并研制出体积为200×188×112mm³，重量为5.36kg，车载纯惯性定位精度达到0.58海里/小时的新型激光陀螺IMU系统样机，并完成整套机载POS系统的集成；然后，通过温度和振动环境试验考察了IMU在恶劣环境条件下的适应能力及测量精度；最后，通过静态试验、转台试验、跑车试验和飞行试验，对IMU样机以及整套POS系统在实际工况下的精度进行了测试。结果表明，该系统测量精度已达国外同类产品的先进水平，在干涉合成孔径雷达成像的运动补偿中起到了至关重要的作用。