机载对地观测飞行轨迹设计与对比分析

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1、2017年8月北京航空航天大学学报August2017第43卷第8期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．8http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0580机载对地观测飞行轨迹设计与对比分析宫晓琳1’2一，张帅1’2(1．北京航空航天大学惯性技术国家级重点实验室，北京100083；2．北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室，北京1000

2、83)摘要：针对机载对地观测载机长时间匀速直线飞行时分布式位置姿态测量系统(POS)姿态误差随时间积累的问题，基于载机有效机动能够提高分布武POS系统可观测度进而提高系统估计精度的思想，设计并对比多种机动方式下分布式POS系统的估计精度，并对机动后分布式POS系统进入测区前的滤波估计稳定时间、直线飞行成像时长和全球定位系统(GPS)基线长度进行了测试。仿真结果表明，设计的飞行轨迹能够提高成像段运动参数的测量精度，可为机载对地观测最优飞行轨迹的选择和设计提供理论指导。关键词：惯性／卫星组合导航；飞行轨迹；机动；传递对准；位置姿态测量系统(POS)中图

3、分类号：V249．32文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)08．1541．09机载对地观测系统是以飞机为观测平台，利用成像载荷获取地球表面与表层大范围、高精度、多层次空间信息的一种尖端综合性技术，其应用覆盖资源、土地、农业、林业、水利、城市、海洋、灾害等领域¨。。机载对地观测成像的基本原理要求载机作匀速直线飞行，但由于大气湍流、设备性能等因素的影响，载机沿飞行方向和侧向必然存在干扰力的作用，从而导致遥感设备原点偏离理想的匀速直线运动¨。1。由此产生的运动误差将使成像质量下降。因此，必须精确测量这部分误差并在成像过程中加以补偿M‘5

4、·。位置姿态测量系统(PositionandOrientationSystem，POS)是目前机载对地观测获取位置、速度、姿态等运动参数的主要手段‘611，其组成包括惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，IMU)、全球定位系统(GlobalPositionSystem，GPS)接收机、导航计算机(POSComputerSystem，PCS)和后处理软件¨1。PCS中运行惯性／卫星组合估计算法。但是对于装备了多个或多种观测载荷的高性能综合机载对地观测系统，由于观测载荷安装在机体的不同位置，飞机的弹性变形会导致载荷间的空间相对关

5、系发生变化。此时，单个POS显然无法满足不同安置点多载荷的高精度运动参数测量的需求。在该需求的牵引下，机载分布式POS系统应运而生，实现多点运动参数的同时测量。机载分布式POS系统一般由一个高精度主POS、多个分布在机体不同位置的低精度子IMU、PCS和后处理软件4部分组成。其中，高精度主POS一般安装于载机机舱内，以GPS的位置和速度为量测信息进行惯性／卫星组合导航。将主系统的高精度位置、速度、姿态等运动信息作为时空基准信号，通过传递对准给子IMU，从而实现子IMU所在处运动信息的精确测量∽川。由于机载对地观测要求载机做理想的匀速直收稿日期：20

6、16-07-07；录用日期：2016-10-14；网络出版时间：2016-11—1617：17网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20161116．1717．006．html基金项目：国家自然科学基金(61473020，61004129，61233005，61121003)；遥感青年科技人才创新资助计划(第一期)}通讯作者：E—mail：gongxiaolin@buaa．edu，cn载用格式：宫晓琳．张肄．机载对地观溅飞行轨迹设计与对比分析【J]．北京航空航天大学学报，2017，43(8)：1541—

7、1549．GONGXL．ZHANGS．Designandcomparativeanalysisofflighttrajectoryofairborneearthobservation【3]．JournalofBeijingUni—versifyofAeronauticsandAstronautics。2017，43(8)：1541—1549(inChinese)．1542北京航空航天大学学报2017年线飞行，此时分布式POS系统的主POS因没有直接姿态观测信息，其姿态误差状态变量的可观测度较低，导致姿态测量误差缓慢积累。将主POS的姿态信息传递给子

8、IMU后，子IMU的姿态估计结果也将存在缓慢积累的误差。因此，在应用分布式POS系统进行机载对地观测时，必须根据测区形状进