[发明专利]一种机载分布式POS传递对准的方法和装置

说明书

本发明实施例提供了一种机载分布式POS系统传递对准的方法和装置，该方法采取引入高精度光学设备获得的变形位移和挠曲变形角测量值，分别建立二者与状态变量中位置误差和挠曲变形角之间的直接约束关系，在传统的“姿态+速度”匹配的基础上，增加“位置+挠曲变形角”匹配，形成新的“姿态+速度+位置+挠曲变形角”的匹配方式获得新的量测方程，通过卡尔曼滤波消除光学设备测量值的随机误差，实现对位置误差和挠曲变形角状态变量的更准确的估计，从而提高子系统位置、速度和姿态的估计精度。

技术领域

本发明涉及导航系统领域，具体涉及机载分布式POS传递对准的方法和装置。

背景技术

集成多个和多种遥控载荷的机载综合对地观测系统已成为目前对地观测的重点发展方向之一，如集成相机、成像光谱仪、大视场红外扫描仪、激光雷达、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)于同一载机的多任务载荷，以及机载阵列天线SAR等。每一个遥感载荷或每部SAR天线都需要所在处的高精度运动参数以实现高精度成像。

分布式位置姿态测量系统(Distributed Position and Orientation System，简称DPOS)是目前机载对地观测遥感载荷获取多节点位置、速度、姿态等运动参数的主要手段，其主要组成包括一个高精度惯性/卫星组合测量系统(主系统)、多个低精度的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，简称IMU)(子系统)和数据处理计算机组成。其中，主系统由高精度主IMU和卫星导航系统接收设备组成，主IMU一般安装在载机机舱内，而子系统尽可能地安装在遥感载荷的成像中心处，一般分布安装在机体的不同位置(包括机翼)。在DPOS中，子系统依靠主系统的高精度位置、速度、姿态等运动参数对其进行传递对准已实现所在处运动信息的精确测量。由于飞机机体存在复杂时变得挠曲变形，特别是机翼部分，因此主、子系统间的空间距离(杆臂)和相对姿态不再是恒定不变而是随时间变化，从而在主、子系统传递对准中引入复杂的随机误差，严重影响子系统运动参数的测量精度。

发明内容

本发明实施例提供机载分布式POS对准传递的方法和装置，以期克服传统主、子系统传递对准中存在随机误差的问题，该方法可提高载机机体存在挠曲变形式分布式POS的传递对准精度。

第一方面，本发明实施例提供机载分布式POS系统传递对准的方法，包括：

建立所述子系统对所述主系统的传递对准误差模型，所述传递对准误差模型包括所述子系统的惯导误差模型、固定安装误差角模型和机体挠曲变形角模型；

建立所述子系统传递对准滤波估计的数学模型，所述数学模型包括状态方程和量测方程，其中，所述状态方程根据所述传递对准误差模型获得，所述量测方程根据光学设备量测得到的变形位移与所述状态方程中的位置误差之间的约束关系、所述光学设备量测得到的挠曲变形角与所述状态方程中的挠曲变形角之间的约束关系、以及所述主系统与所述子系统的姿态之间的关系、所述主系统的速度与所述子系统的速度之间的关系确定的量测变量获得；

利用卡尔曼滤波和所述子系统的对准滤波估计的数学模型估计所述子系统的预设状态变量，并根据所述预设状态变量的估计值修正所述子系统的捷联解算结果。

在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述建立所述子系统传递对准滤波估计的数学模型，包括：

根据所述子系统的预设状态变量建立状态方程

其中，X为所述子系统预设状态变量；所述子系统的转移矩阵F由所述传递对准误差模型确定；系统噪声其中分别为所述子系统载体坐标系x轴、y轴和z轴陀螺的随机误差，分别为所述子系统载体坐标系x轴、y轴和z轴加速度计的随机误差；G为所述子系统的系统噪声矩阵：

其中，为所述子系统载体坐标系到所述子系统导航坐标系的姿态转换矩阵。