[发明专利]一种消除单点GPS高次位置误差的双频组合滤波器及滤波方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于最小二乘支持向量机(Least squares support vector machine，LSSVM)消除单点GPS(Global Position System,全球定位系统)高次位置误差的双频组合滤波器及滤波方法，可以应用于POS(Position and Orientation System，POS)，具体涉及航空遥感合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)高分辨率实时成像运动补偿。

背景技术

高精度实时运动成像是高分辨率航空遥感系统的核心，它要求飞行平台做理想运动，但飞行平台在外部环境与内部扰动影响下会形成复杂多模式非理想运动，导致运动成像发生模糊、散焦、变形、甚至于无法成像。因此，为了实现高精度实时运动成像，必须解决时-空-谱域间的一致性。为此，本世纪初一种位置姿态测量系统被广泛应用于航空遥感系统，用于实时测量成像载荷的位置姿态信息，它已成为航空遥感系统的必备装置。

本世纪初，航空遥感系统直接利用飞行平台自身的SINS/GPS(Strapdown Inertial Navigation System，SINS)组合导航系统为其实时提供位置姿态信息。但是，随着对高分辨率航空遥感技术的要求，飞行平台导航系统已无法满足要求，因此，出现了专门应用于航空遥感系统的POS。

由于对载荷相位中心运动误差高精度实时测量是实现高分辨遥感图像的必要条件之一，所以，POS(SINS/GPS组合测量系统)和SINS/GPS组合导航系统虽然在元器件的体系结构上都是SINS/GPS组合，但是它们之间有着本质区别：(1)对高次误差敏感：对于常值误差或一次线性误差，可以在图像处理过程中进行消除，而高次位置误差对实时成像分辨率影响巨大。而且POS对实时运动补偿精度的要求要远远高于组合导航系统的精度要求。(2)高频率:为满足精细的实时运动补偿，POS中的惯性测量单元(IMU)的输出频率一般要求200Hz以上。所以在算法计算效率和硬件要求上也会高于一般的组合导航系统。(3)POS要求测量单元体积小，重量轻，以便直接安装在载荷相位中心或附近的位置，更加精确的敏感载荷相位中心的运动状态。

现阶段的组合导航算法很多还是采用卡尔曼滤波(Kalman Filtering,KF)进行SINS/GPS 实时组合。在每个KF滤波时间点上，用GPS位置速度信息来校正捷联惯导的偏移量。由组合导航系统的原理可知，它一方面把GPS长时间工作精度高，误差不累积的优点和SINS的短时间精度高、数据更新率高等特点有机的结合起来。另一方面,系统精度依赖于GPS的定位精度，因为KF本身对观测量中的GPS定位信息误差的抑制作用比较有限。例如，GPS单点状态下，定位精度为米级，那么组合输出结果精度也为米级。加之POS的工作环境是典型的动态测量环境，其本身由于各种随机误差和干扰而带有严重的高次位置误差。

目前SAR图像处理在做运动补偿时有采用一种双捷联的组合导航结构。该结构在合成孔径时间内启用另外一套捷联解算算法，目的在于使该短时间段内提供的运动补偿解算的数据是平滑的。但在不同的使用情况下，合成孔径时间可能比较长，惯导的位置累积误差将快速增大，使得该方案效用降低。另外，短时分段捷联输出的相邻段之间存在较大的位置累积误差残差，也会对成像的数据处理和分辨率造成一定影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对传统的SINS/GPS组合导航方法不能满足航空遥感高分辨率实时成像对高次位置误差的指标要求这个问题，提出一种消除单点GPS高次位置误差的双频组合滤波器及滤波方法，在线消除GPS高次位置误差给组合测量输出带来的影响。

本发明技术解决方案是：一种消除单点GPS高次位置误差的双频组合滤波器，基于LSSVM(Least squares support vector machine，最小二乘支持向量机)，采用高频滤波和低频滤波结合折双频组合滤波实现；所述双频组合滤波器包括：输入部分、高频组合部分、低频组合部分和输出部分；输入部分包括捷联惯性测量单元SIMU(Strapdown inertial measurement unit)、野值检测模块、GPS模块、初始校准模块；高频组合部分包含捷联解算A和卡尔曼滤波器KF；低频组合部分包括捷联解算B和LSSVM滤波器；输出部分包括运动补偿单元；上述的野值检测模块、GPS模块、初始校准模块、捷联解算A模块、卡尔曼滤波器KF、捷联解算B模块、LSSVM滤波器和运动补偿单元均位于导航计算机中；