● 摘要
航空遥感在资源勘察、灾害监测和地图测绘等关系到国计民生的领域中发挥日益重要的作用。位置姿态测量系统(Position and Orientation System, POS)可以为遥感载荷提供高精度的位置姿态基准。因此,基于POS的运动误差高精度测量是各类遥感载荷实现高分辨率运动成像的关键技术。随着航空遥感对高分辨率成像需求的不断提高,分布式遥感成为对地观测的前沿方向之一,而采用传统的单一POS无法实现多点的高精度位置姿态测量以及各载荷数据的时间统一,所以迫切需要建立起高精度多节点分布式测量POS,为高性能航空遥感系统中所有载荷提供高精度的时间、空间信息。根据分布式遥感载荷的结构特点,多节点分布式测量POS一般由一个高精度惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)、一个导航计算机和多个低精度IMU联合构成。为了提高子节点测量精度,需要采用传递对准将主节点的高精度运动信息传递给各个子节点,进而实现多节点分布测量POS整体的高精度测量。本论文结合航空遥感领域对多节点分布式测量POS的迫切需求,开展了多节点分布测量POS传递对准方法的研究,论文的主要工作如下:
首先,针对多节点分布测量POS传递对准误差建模问题,从惯导系统的基本方程出发,给出了子节点系统的速度、姿态、位置、惯性器件和固定安装误差角误差方程,针对挠性杆臂误差严重影响传递对准精度的问题,完成了对传递对准挠性杆臂效应的误差分析与建模,为传递对准误差模型的建立奠定了基础。
其次,建立了基于“姿态+速度”匹配方式的传递对准系统模型,设计了卡尔曼滤波器,最后进行了基于轨迹发生器的仿真实验,验证了该传递对准模型和滤波方法的有效性,为多节点分布测量POS的工程实践提供了一定的理论参考。
最后,针对实际系统中非线性因素影响传递对准精度的问题,建立了传递对准非线性模型,引入了强跟踪滤波理论,进行了仿真实验,通过与卡尔曼以及扩展卡尔曼滤波器的比较,表明强跟踪滤波器在大失准角下,基本可以跟踪系统状态,抑制器件突变噪声,完成传递对准。
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