柔性基线下机载分布式SINS/GPS组合测量系统离线传递对准方法研究

Synthetical earth observation system integrating multiple remote sensing load has become an important development direction of space-based earth observation, which urgently need to build the space-time-based systems based on distributed SINS/GPS integration in order to achieve multi-point motion parameters measurement with high accuracy. Because the spatial distance between loads under elastic deformation of aircraft (baseline) changes flexibly and there exists multi-source random interference in the physical environment, SINS/GPS integration system presents characteristics such as nonlinearity, non-Gaussian noise and model uncertainty. How to transfer the high-precision information of the main system to subsystems is the new challenge of distributed SINS/GPS integrated estimation. Based on the mentioned characteristics and the feature that all observation data is available in post-processing, this program builds a flexible baseline unified-configuration model between main system and subsystems, and establishes a high-order, nonlinear error model with higher accuracy. On this basis, the program integrates observation information of all the systems, proposes a high-precision offline transfer alignment estimation method, and then achieves the simulation and preliminary experimental verification. Expected results will provide theory and technical basis for building distributed SINS/GPS integrated measurement system and technical reserves for our high-resolution distributed earth observation.

集成多种或多个遥感载荷的分布式综合对地观测系统已成为空基对地观测的重要发展方向，迫切需要建立基于分布式SINS/GPS组合的时空基准系统，以同时实现多节点的高精度运动参数测量。由于机体弹性变形下各载荷间的空间距离（基线）呈复杂柔性变化，且实际环境存在多源随机干扰，SINS/GPS组合系统呈现出非线性、噪声非高斯、模型不确定等特性，此时如何实现主系统与各子系统之间的高精度传递对准，是SINS/GPS组合测量研究面临的新挑战。本项目针对上述特性，以及离线处理拥有全部观测数据的特点，进行主、子系统间柔性基线统一构型建模，建立更加精确的高阶、非线性误差模型；在此基础上，融合所有系统的观测信息，提出主系统与多个子系统间的高精度离线传递对准估计方法，并进行仿真和初步实验验证。预期成果将为建立分布式SINS/GPS组合测量系统提供理论和技术基础，为我国高精度大地测量和高分辨率分布式遥感提供技技术储备。

多载荷、多任务机载对地观测系统已经成为对地观测系统的主要发展趋势之一。对于装备了多任务遥感载荷的对地观测系统，需要获取各遥感载荷安装点处的高精度运动参数。传统的单个SINS/GPS组合测量系统已经无法满足多节点运动参数测量的需求，迫切需要建立分布式SINS/GPS组合测量系统，从而为机载分布式对地观测系统中所有载荷提供高精度的运动参数。分布式SINS/GPS组合测量系统中，子系统依靠高精度主系统对其进行传递对准以实现所在处的高精度运动参数测量。. 本项目针对分布式SINS/GPS组合测量系统中主、子系统间的机体弹性变形呈复杂柔性变化，且SINS/GPS组合系统呈现出非线性、噪声非高斯、模型不确定等特性的问题，深入地开展了柔性基线下机载分布式SINS/GPS组合测量系统传递对准方法研究。首先，本项目系统地进行了分布式SINS/GPS组合测量的误差形成机理分析，并结合气动弹性力学和随机过程理论，建立了更加精确的子系统高阶、非线性误差模型；然后，提出了新的主、子系统间的高精度传递对准估计方法和以较少子IMU数量和最小估计误差为目标的基于最优化算法的多系统布局优化方法。最后，在理论研究的基础上，开发了分布式SINS/GPS组合测量系统离线处理软件，并成功应用于所在实验室研制的分布式SINS/GPS组合测量系统的数据处理。在该项目的研究过程中，通过分布式SINS/GPS组合测量系统的仿真验证以及与合成孔径雷达的联合测绘作业试验，对理论方法的有效性进行了验证。本项目的研究成果为提高分布式SINS/GPS组合测量系统的精度提供了新的理论和方法，为我国高精度大地测量和高分辨率航空遥感提供了技术储备。