[发明专利]一种分布式POS用数据处理计算机系统实时导航方法

说明书

本发明提供一种分布式POS用数据处理计算机系统实时导航方法，首先，采用基于PPS实时标定与分频的时间同步方法实现三个IMU原始数据的同时刻采集；其次，将主IMU数据与GPS数据融合得出主POS实时导航结果；子IMU采用基于惯性矢量二次积分的解析对准方法完成摇摆基座初始对准，并采用基于多级杆臂补偿的卡尔曼滤波方法完成分布式POS传递对准，得到子IMU实时导航结果以及主/子IMU之间的相对空间关系；本发明实现一主两子分布式POS实时数据处理，适用于高精度分布式惯性测量、导航及组合导航系统。

技术领域

本发明涉及一种分布式POS用数据处理计算机系统实时导航方法，可以应用于分布式POS(Position and Orientation System,位置姿态测量系统)，也可以应用于惯性网络协同导航、惯性/GPS(Global Position System,全球定位系统)组合导航系统的数据处理与导航计算。

背景技术

高精度POS由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)和GPS组成。IMU是INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统)/GPS、POS等惯性测量系统的核心部件；GPS能够提供位置、速度、时间以及高精度的秒脉冲(pulse per second,PPS)信息。高精度POS可以为高分辨率航空遥感系统提供高频、高精度的时间、空间基准信息，通过运动误差补偿提高成像精度和效率，是实现高分辨率成像的关键。我国在单POS研制方面取得了一定的进展，但是由于对地观测载荷的需求牵引，如集成高分辨率测绘相机、全谱段成像光谱仪、大视场红外扫描仪、SAR于同一载机的多任务载荷，机载分布式阵列天线SAR和柔性多基线干涉SAR以及艇载稀疏阵列成像雷达等，多个或多种观测载荷安装在飞机的不同位置，采用传统的单一POS系统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，迫切需要建立起高精度分布式时空基准系统，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。

针对一主两子干涉SAR系统，建立高精度分布式POS系统。分布式POS由主POS和两个分布在机翼下的子IMU组成。主POS解算获得飞机的高精度位置、速度和姿态等运动参数，两个子IMU利用主POS提供的信息进行传递对准，最终实现多节点运动信息的精确测量。

分布式POS用数据处理计算机系统实时导航方法，是完成分布式POS实时导航的核心，该方法接收主IMU、两个子IMU和GPS提供的原始信息，并进行数据预处理、初始对准、捷联解算、组合滤波、传递对准、时间同步、数据发送等任务。现有分布式POS传递对准方法在建立状态方程时没有考虑杆臂长度误差的影响，不能实时估计出主/子IMU之间的杆臂长度；且现有方法计算量较大，适用于事后处理，不能应用于分布式POS的实时导航。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种分布式POS用数据处理计算机系统实时导航方法

本发明的技术解决方案为：一种分布式POS用数据处理计算机系统实时导航方法，其步骤如下：

(1)主POS实时导航；首先，采用基于PPS实时标定与分频的时间同步方法实现分布式POS主/子IMU原始数据的同时刻采集，其次，将GPS数据进行杆臂补偿，获得杆臂补偿后的位置和速度信息，利用主IMU数据进行初始对准以及捷联解算，获得主IMU的惯性导航结果；采用卡尔曼滤波的方法估计主IMU位置、速度、姿态和惯性器件误差，并将估计出的误差进行反馈校正，得到高精度的主POS实时导航结果；

(2)子IMU初始对准；根据子IMU数据和主POS的位置信息，采用基于惯性矢量二次积分的解析对准方法完成摇摆基座下子IMU初始对准，通过二次积分的方式，减小了环境扰动引起的加速度误差，得到更精确的子IMU初始位置、速度和姿态信息；