基于柔性长基线时变动杆臂的分布式POS传递对准方法

Distributed position and orientation measurement system (POS) is a key instrument to measurement accurately the space-time reference and relative spatial information for multi-node load using a moving base transfer alignment method. However, the flexible time-varying lever arm effect is an intrinsic factor to induce the observation error, and strong nonlinearity and indetermination of model, the non-Gaussian distributions for transfer alignment, which resulting in a serious decline in the accuracy of distributed POS. To solve these problems, a transfer alignment method of distributed POS based on flexible time-varying lever arm effect is proposed. ① to establish a higher-order nonlinear state equation extending flexible distortion parameters for transfer alignment; ② to propose measurement equation compensating multi-level time-varying dynamic lever arm; ③ a high order, nonlinear and non-Gaussian transfer alignment estimation and correction method are researched. ④ a simulation experimental is carried for distributed POS, which ultimately improve the precision and stability of transfer alignment method. Those researches provide theoretical and experimental foundation for distributed POS, and can be applied to high-precision measurement of unified space-time reference for multi-tasking load integrated airborne, shipboard, vehicle platform. Especially, it can meet the urgent requirement of motion compensation for high resolution airborne remote sensing system.

分布式位置姿态测量系统（POS）利用动基座传递对准实现多节点时空基准及相对空间信息的精确测量，而复杂的柔性长基线时变动杆臂效应引起了传递对准量测误差和系统强非线性、噪声非高斯及模型不确定问题，导致分布式POS精度严重下降。针对这一核心科学难题，项目提出了基于柔性长基线时变动杆臂的分布式POS传递对准方法，探索提高其测量精度的机理和方法。①建立扩展柔性基线变形参量的传递对准高阶非线性状态方程；②提出基于多级时变动杆臂误差补偿的传递对准量测方程建模方法；③研究基于可观测度分析的非线性、非高斯系统传递对准事后高精度估计与校正方法；④开展柔性长基线分布式POS半物理仿真验证试验，最终提高系统传递对准的精度和稳定性。突破的科学理论问题为分布式POS研制提供理论与试验基础，可应用于机载、舰载、车载等大型运载平台的多任务载荷时空基准测量领域，尤其是满足新型、高效高分辨率航空遥感系统运动补偿的迫切需求。

高精度分布式位置姿态系统（POS）是集成多任务机载成像载荷的共性关键设备，利用动基座传递对准实现柔性基线多节点成像载荷相位中心时空基准及相对空间信息的精确测量，已成为惯性/卫星组合测量领域的一个重要发展方向，柔性长基线时变动杆臂效应导致的传递对准误差是分布式POS亟待攻克的核心科学问题，针对柔性长基线分布式POS传递对准建模与估计问题，开展了基于柔性长基线时变动杆臂的分布式POS传递对准方法研究，①建立了扩展柔性基线变形参量的传递对准高阶非线性状态方程；②提出基于多级时变动杆臂误差补偿的传递对准量测方程建模方法；③研究基于可观测度分析的传递对准事后高精度估计与校正方法；④开展柔性长基线分布式POS半物理仿真验证试验，最终提高系统传递对准的精度和稳定性。完成了项目计划研究内容，提高了分布式POS测量精度和稳定性，研究成功分布式POS系统样机，实现了多节点时空基准及相对空间信息精确测量，应用于10余家单位的多类合成孔径雷达等高分辨率对地观测系统，为我国首次实现具有国际领先水平的InSAR高精度成像，多通道阵列SAR高性能三维立体成像等发挥了重要作用，满足了高精度运动补偿的急需。.项目在基础理论、关键技术等方面进行了理论方法、技术、产品的多项发明和原始创新，取得了重要的技术突破，形成自主知识产权。项目组在IEEE Trans.等国际期刊上发表论文35篇，其中SCI长文25篇，会议论文6篇；出版中文专著1部（排名3）；申请国家发明专利29项，其中授权专利14项，软件著作权7项。研究成果支撑“高精度分布式位置姿态测量系统关键技术及应用”完成2019年成果鉴定，鉴定意见“整体技术达到国际先进水平”。培养博士生3名，硕士生7名；项目负责人作为国际会议分会中方主席作大会报告4次，完成了项目预定目标。