随机变形机翼上遥感载荷的位置姿态测量方法研究

As the imaging precision demand and technology development, multi dimension and high efficiency remote sensing is a new trend in these years. In the past, the imaging sensor is just installed under the airplane, and the position and orientation parameters are measured to compensate the airplane motion errors, so that the imaging precision can be improved greatly. The new technology must install some imaging sensors on the wing of the airplane because of scheme and space need, this will affect the position and orientation measurement of these imaging sensors. In this program, we will combine the optical camera and inertial technology together to study the precise position and orientation measurement method of the imaging sensors on the wing of the airplane. The expectant productions of the research will provide new theory and new method for the demanding need of distributed remote sensing, which can make progress of high resolution imaging technology.

随着近年来航空遥感成像的分辨率越来越高，在一架飞机上同时安装多个或多类成像传感器，开展多维度高效率的分布式遥感成像成为一种发展趋势。以往的成像传感器一般与飞机结构本体固连，通过对该传感器的位置姿态参数进行实时测量，并反馈到传感器成像算法中进行运动误差补偿，能够将成像分辨率提高一个数量级以上，因此，对成像传感器的高精度位置姿态测量是航空遥感实现高分辨率成像的关键。但由于方案和空间需要，开展分布式遥感成像时，部分成像传感器安装于飞机机翼上，由于气流、阵风等的影响机翼存在随机变形，给机翼上成像传感器的位置姿态测量带来了新的挑战并严重影响成像分辨率，本项目针对该问题，将光学相机与传统惯性技术测量方法进行结合，研究光学相机辅助惯性测量系统实现对机翼上成像传感器进行高精度位置姿态测量的方法。预期研究成果将为当前多传感器航空遥感的位置姿态测量急需提供新的理论和方法，从而推动我国航空遥感技术的进步。

本项目针对分布式航空遥感系统中，随机变形机翼上遥感载荷的位置姿态测量方法开展研究工作，通过将光学相机与传统惯性测量方法进行结合，研究光学相机辅助惯性测量系统实现对机翼上成像传感器进行高精度位置姿态测量的方法。研究成果为多传感器航空遥感的位置姿态测量提供新理论和新方法，具有直接的工程应用价值。本项目完成的主要工作有：（1）通过利用光学相机获取精确的目标特征点和相机间相对位置姿态信息，提出了无视场公共多相机的位姿标校方法，实验结果表明，该方法具有一次性瞬间完成多参量测量的优势，可避免外界扰动带来机翼变形对节点相对位姿变化带来的影响；（2）针对现有刚性基线导航系统传递对准模型无法满足柔性基线分布式POS传递对准精度的难题，建立了一种基于状态扩维的系统高阶状态模型，实验结果表明，该方法可显著提高子系统的传递对准精度；（3）针对高精度多节点位置姿态测量系统的最优滤波估计问题，提出了一种基于增强GPR中心差分滤波（EGP-CDKF）方法，实验结果表明，基于增强GPR的中心差分滤波方法能够有效提高多节点位置姿态测量系统的滤波估计精度。