CN107747944A - 基于融合权重矩阵的机载分布式pos传递对准方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法，基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对准，获得导航信息；建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵；加权计算第k个节点子IMU传递对准观测量；针对第k个节点子IMU进行第二次传递对准得到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代操作完成分布式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。该方法能够克服传统技术中的缺陷，提高分布式POS传递对准精度；有效解决多干扰环境下子IMU主子传递对准精度下降的问题，获得机载分布式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态信息。本发明还公开了一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准装置。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别是涉及一种基于融合权重矩阵的机载 分布式POS传递对准方法和装置。
背景技术
机载多任务遥感载荷高精度对地观测已经成为空基对地观测的重要发展方 向，如集成高分辨率测绘相机、成像光谱仪、大视场红外扫描仪、合成孔径雷 达(SyntheticAperture Radar，SAR)于同一载机的多任务载荷，机载分布式阵列 天线SAR和柔性多基线干涉SAR等。机载多任务遥感载荷对地观测系统要实 现高精度成像，需要获取各载荷的高精度运动参数。位置姿态测量系统(Position and Orientation System，POS)由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、 全球定位系统(Global Position System，GPS)接收机、POS计算机(POS Computer System，PCS)和后处理软件组成，可以为成像载荷提供位置姿态信息。对于机 载多任务遥感载荷对地观测系统，传统的单一POS无法满足不同载荷安置点的 高精度运动参数测量需求。因此，必须建立起高精度机载分布式POS系统，为高性能航空遥感系统中所有载荷提供高精度高可靠的运动参数。高精度POS系 统可以为高分辨率航空遥感系统提供高频、高精度的时间、空间及精度信息， 通过运动补偿提高成像精度和效率，是实现高分辨率成像系统的关键。
机载分布式POS系统一般由一个高精度主POS和多个分布在机体(包括机 翼)上的低精度子IMU组成。主、子系统分别安装在机体或机翼两侧的不同载 荷附近，用于测量载荷中心的运动参数。主POS通过传递对准将高精度位置、 速度、姿态等运动参数传递给子IMU，从而获得各子节点的高精度运动参数信 息。在飞机飞行过程中，机载分布式POS的子IMU受到多种干扰影响：一方面 由于子IMU安装在机翼外舱，环境温度以及气压的变化对IMU的影响不容忽视； 另一方面在传递对准中机翼高低频的振动对子IMU也会造成巨大影响；此外，飞机和遥感载荷在工作过程中产生电磁干扰也可能导致IMU主子传递对准超出 精度范围。若任意子IMU传递对准结果超出精度范围，则该子系统所对应的节 点处的成像载荷的姿态等导航信息均无法满足需求，致使整个航空遥感测绘结 果出现错误，造成严重后果，所以提高机载分布式POS传递对准精度有着十分 重要的意义。
现有分布式POS传递对准方法，在每个子IMU处设立一个滤波器，依靠主 系统的高精度导航信息，对子系统进行传递对准。若任意子IMU受干扰导致主 子传递对准超出精度范围，则该子系统所对应的节点处成像载荷的导航信息无 法满足需求，所以现有分布式POS传递对准方法尚不能完全满足分布式POS系 统对精度的要求。基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法，在现有 方法的基础上，基于信息融合，建立分布式POS融合权重矩阵充分合理融 合全局各子IMU的正常导航信息，获得子IMU传递对准观测量，进行第二次传 递对准，获得分布式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态信息，提高分布 式POS系统传递对准精度。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术存在的问题，提供一种基于融合权重矩阵的 机载分布式POS传递对准方法和装置，能够克服传统技术中的缺陷，建立的分 布式POS融合权重矩阵综合考虑子IMU间杆臂距离和子IMU第一次主子 传递对准精度，使第k个节点第二次传递对准观测量合理有效，且精度满足需 求；且加权计算得到的传递对准观测量综合利用分布式POS全局子IMU 的主子传递对准导航信息，使第k个节点子IMU第二次传递对准获得的导航信 息是全局滤波估计结果，提高了分布式POS传递对准精度；更进一步地，可对分布式POS中所有节点子IMU进行两次传递对准，不仅利用主系统的导航信息 进行主子传递对准，还充分利用了其他子系统的导航信息进行第二次传递对准， 可有效解决多干扰环境下子IMU主子传递对准精度下降的问题，获得机载分布 式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态信息。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS 传递对准方法，所述方法包括：基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第 一次主子传递对准，获得导航信息Y1,Y2…YN；建立其它节点子IMU相对第k个 节点子IMU的融合权重矩阵；加权计算第k个节点子IMU传递对准观测量；针 对第k个节点子IMU进行第二次传递对准得到第k个节点全局位置、速度、姿 态信息，并进行加1重复迭代操作完成分布式POS所有节点全局位置、速度、 姿态信息的对准。
在其中一个实施例中，还包括：采用状态χ2检验法，判断所有节点子IMU 导航信息Y1,Y2…YN是否可用于第二次传递对准。
在其中一个实施例中，所述建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的 融合权重矩阵包括：基于其他节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离 (s＝1,2…k-1,k+1,…N)，以及其他节点子IMU的主子传递对准滤波估计误差协 方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)；建立其他节点子IMU相对第k个节点子IMU的 融合权重矩阵
在其中一个实施例中，还包括：基于其它节点子IMU导航信息Ys(s＝1,2…k-1,k+1,…N)，利用融合权重矩阵加权计算 出第k个节点子IMU的速度、位置信息，作为传递对准观测量
在其中一个实施例中，所述建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的 融合权重矩阵包括：其他节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵即：
其中，为其它节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离因子：
其中，ps为其它节点子IMU主子传递对准精度因子，由其它节点子IMU的 主子传递对准滤波估计误差协方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)计算得到：
其中，Ps(4,4),Ps(5,5)…Ps(9,9)分别对应主子传递对准速度误差、位置误差的估计误差协方差。
在其中一个实施例中，所述第k个节点子IMU的传递对准观测量为：
其中，是由其他节点子IMU导航信息 Ys(s＝1,2…k-1,k+1…N)通过杆臂补偿得到的第k个节点子IMU的速度、位置信 息；表示与的Hadmard乘积。
在其中一个实施例中，所述加权计算第k个节点子IMU传递对准观测量包 括：通过第k个节点子IMU的传递对准观测量对第k个节点子IMU进行 第二次传递对准，获得该节点子IMU的全局位置、速度、姿态信息。
第二方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可 读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第 一方面的基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法。
第三方面，本发明实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当该计 算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS 传递对准装置，所述装置包括：获取模块，用于基于分布式POS所有N个节点 子IMU通过第一次主子传递对准，获得导航信息Y1,Y2…YN；建立模块，用于建 立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵；计算模块，用于加 权计算第k个节点子IMU传递对准观测量；对准模块，用于针对第k个节点子 IMU进行第二次传递对准得到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行 加1重复迭代操作完成分布式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。
本发明提供的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法和装 置，基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对准，获得导 航信息Y1,Y2…YN；建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵； 加权计算第k个节点子IMU传递对准观测量；针对第k个节点子IMU进行第二 次传递对准得到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代 操作完成分布式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。该方法能够 克服传统技术中的缺陷，建立的分布式POS融合权重矩阵综合考虑子IMU 间杆臂距离和子IMU第一次主子传递对准精度，使第k个节点第二次传递对准 观测量合理有效，且精度满足需求；且加权计算得到的传递对准观测量综 合利用分布式POS全局子IMU的主子传递对准导航信息，使第k个节点子IMU 第二次传递对准获得的导航信息是全局滤波估计结果，提高了分布式POS传递 对准精度；更进一步地，可对分布式POS中所有节点子IMU进行两次传递对准， 不仅利用主系统的导航信息进行主子传递对准，还充分利用了其他子系统的导 航信息进行第二次传递对准，可有效解决多干扰环境下子IMU主子传递对准精 度下降的问题，获得机载分布式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态信息。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传 递对准方法的流程示意图；
图2本发明另一个实施例中的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传 递对准方法的流程示意图；
图3为本发明一个实施例中的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传 递对准方法中的机载分布式POS主子系统空间分布关系图；以及
图4为本发明一个实施例中的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传 递对准装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例对本发明基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法和装置进行进 一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
如图1所示，为一个实施例中的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS 传递对准方法的流程示意图。具体包括以下步骤：
步骤102，基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对准， 获得导航信息Y1,Y2…YN。
步骤104，建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵。
本实施例中，建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵 包括：基于其他节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离 以及其他节点子IMU的主子传递对准滤波估计误差协 方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)；建立其他节点子IMU相对第k个节点子IMU的 融合权重矩阵
步骤106，加权计算第k个节点子IMU传递对准观测量。
本实施例中,第k个节点子IMU的传递对准观测量为：
其中，是由其他节点子IMU导航信息 Ys(s＝1,2…k-1,k+1…N)通过杆臂补偿得到的第k个节点子IMU的速度、位置信 息；表示与的Hadmard乘积。
进一步地，在一个实施例中，本公开提出的一种基于融合权重矩阵的机载分 布式POS传递对准方法还包括：通过第k个节点子IMU的传递对准观测量对第k个节点子IMU进行第二次传递对准，获得该节点子IMU的全局位置、速 度、姿态信息。
步骤108，针对第k个节点子IMU进行第二次传递对准得到第k个节点全 局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代操作完成分布式POS所有节点 全局位置、速度、姿态信息的对准。
在一个实施例中，本公开提出的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS 传递对准方法还包括：基于其它节点子IMU导航信息Ys(s＝1,2…k-1,k+1,…N)， 利用融合权重矩阵加权计算出第k个节点子IMU的速 度、位置信息，作为传递对准观测量
具体的，所述建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵 包括：其他节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵 即：
其中，为其它节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离因子：
其中，ps为其它节点子IMU主子传递对准精度因子，由其它节点子IMU的 主子传递对准滤波估计误差协方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)计算得到：
其中，Ps(4,4),Ps(5,5)…Ps(9,9)分别对应主子传递对准速度误差、位置误差的估计误差协方差。
本发明提供的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法，基 于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对准，获得导航信息； 建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵；加权计算第k 个节点子IMU传递对准观测量；针对第k个节点子IMU进行第二次传递对准得 到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代操作完成分布 式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。该方法能够克服传统技术 中的缺陷，建立的分布式POS融合权重矩阵综合考虑子IMU间杆臂距离 和子IMU第一次主子传递对准精度，使第k个节点第二次传递对准观测量合理 有效，且精度满足需求；且加权计算得到的传递对准观测量综合利用分布 式POS全局子IMU的主子传递对准导航信息，使第k个节点子IMU第二次传 递对准获得的导航信息是全局滤波估计结果，提高了分布式POS传递对准精 度；更进一步地，可对分布式POS中所有节点子IMU进行两次传递对准，不仅 利用主系统的导航信息进行主子传递对准，还充分利用了其他子系统的导航信 息进行第二次传递对准，可有效解决多干扰环境下子IMU主子传递对准精度下 降的问题，获得机载分布式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态信息。
为了更清楚地理解与应用本发明提出的基于融合权重矩阵的机载分布式 POS传递对准方法，进行以下示例。需要说明的是，本发明的保护范围不局限 以下示例。
结合图2和图3。其中，如图2所示，为另一个实施例中的一种基于融合权 重矩阵的机载分布式POS传递对准方法的流程示意图；图3为本发明一个实施 例中的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法中的机载分布式 POS主子系统空间分布关系图。
具体的，基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对准， 获得导航信息Y1,Y2…YN；此外，采用状态χ2检验法，判断各子IMU导航信息 Y1,Y2…YN是否可用于第二次传递对准。
需要说明的是，首先分布式POS所有节点子IMU进行主子传递对准，采用 “速度+姿态”的匹配方式进行传递对准建模。滤波器的模型包括状态方程和量 测方程，针对分布式POS任意节点子IMU进行主子传递对准步骤如下：
系统状态方程为：
式中：
为状态变量。φ＝[φx φy φz]T为子IMU的三轴平台失准角，δV＝[δVx δVy δVz]T为子 IMU的速度误差，δL、δλ、δh分别为子IMU的纬度、经度和高度误差， ε＝[εx εy εz]T为陀螺漂移，为加计零偏，ρ＝[ρx ρy ρz]T为子IMU的 安装误差角，θ＝[θx θyθz]T为挠性杆臂的挠曲变形角，为挠性杆臂的挠曲 变形角速率。F为状态转移矩阵；G为系统噪声矩阵；为系统噪声，并假设其为零均值高斯白噪声；F和G的表达式：
式中：
其中，ωie为地球自转角速度；Rm和Rn分别为地球沿子午圈和卯酉圈的主曲 率半径；L和h分别为子IMU捷联解算的纬度和高度；T为滤波周期；Vx、Vy、 Vz分别为子IMU捷联解算的东向、北向、天向速度；τi为三 个轴上的弹性变形的相关时间；为子IMU载体坐标系到导航坐标系的方向余 弦矩阵。
进一步地，选取主子节点系统的姿态角误差、速度误差和位置误差作为量测 量，完整的量测方程如下：
Z＝H·X+V
式中：Z＝[δΨ δθ δγ δVx δVy δVz]T为量测量，V是量测噪声，假定其为零 均值的高斯白噪声，其协方差为E[VVT]＝R；量测矩阵为：
其中，Ta为主POS载体坐标系到其导航坐标系的方向余弦矩阵。其j＝1,2,3，
i＝1,2,3，表示Ta (ji)的第j行、第i列元素。利用上述主子传递对准误差状 态量计算修正子IMU位置、速度和姿态。
可以理解的是，其中，速度修正公式为：
其中，Vx′,Vy′,Vz′分别为修正后子IMU的东向、北向和天向速度；
位置修正公式为：
其中,λ为捷联解算得到的子IMU的经度；L′、λ′和h′分别为修正后子IMU 的纬度、经度和高度。
姿态修正公式为：
利用中的失准角φx,φy,φz来计算子IMU导航坐标系n与计算导航坐标系n′ 间的转换矩阵
修正后的子IMU载体坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵为：
其中，为子IMU进行捷联解算后得到的姿态矩阵。利用修正后的计算 子IMU的姿态角，包括航向角Ψ′、俯仰角θ′和横滚角γ′。
经过误差修正后得到子IMU经过主子传递对准后的导航信息记为Y：
Y＝[Ψ′ θ′ γ′ Vx′ Vy′ Vz′ L′ λ′ h′]
对分布式POS所有节点子IMU重复上述步骤，得到所有节点子IMU的导 航信息Y1,Y2…YN。
更进一步地，采用状态χ2检验法，判断各子IMU导航信息Y1,Y2…YN是否可 用于第二次传递对准。
可以理解的是，检测函数为；
λ＝βTT-1β
E{β}＝0 E{ββT}＝T
其中，是由先验信息推导而来的状态估计；是由量测Z经传递对准滤 波得到的状态估计；β是两种估计的差值；T是β的方差阵。
子IMU导航信息是否可用于第二次传递对准的准则为：
其中TD＝36.24，作为子IMU主子传递对准判定阈值。考虑状态χ2检验法的 延时性，为保证系统的可靠性，设定子IMUλ≤TD持续时间大于等于0.2s输出 导航信息有效，可用于第二次传递对准。
基于上述步骤，进行基于其他节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离以及其他节点子IMU的主子传递对准滤波估计误差协 方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)，建立其他节点子IMU相对第k个节点子IMU的 融合权重矩阵
利用其他节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离建立其他节点子 IMU相对于第k个节点子IMU的杆臂距离因子
利用其他节点子IMU的主子传递对准滤波估计误差协方差Ps，建立子IMU 主子传递对准精度因子ps：
由归一化得到其他节点相对于第k个节点子IMU的融合权重矩阵为：
基于上述步骤，基于其他节点子IMU导航信息Ys(s＝1,2…k-1,k+1,…N)，利 用融合权重矩阵加权计算出第k个节点子IMU的速度、 位置信息，作为传递对准观测量
具体的，将其他节点子IMU第一次主子传递对准后获得的导航信息 Ys(s＝1,2…k-1,k+1,…N)，通过杆臂补偿到第k个节点，得到补偿后导航信息 其次，利用融合权重矩阵对补偿后导航信息进 行加权融合，得到第k个节点子IMU的传递对准观测量
其中，表示与的Hadmard乘积。
基于上述步骤，再利用加权计算得到的第k个节点子IMU的传递对准观测 量进行第二次传递对准，得到第k个节点子IMU的全局位置、速度、姿态 信息。对第k个节点子IMU第二次传递对准，选取状态量为：
其中，为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后的三轴平台失准角，为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后的速度误差， 分别为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后的纬度、经度和高度 误差，为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后陀螺漂移， 为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后加计零偏， 为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后的安装误差角， 为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后挠性杆臂的挠曲变形 角，为第k个节点子IMU经过第一次传递对准后挠性杆臂的挠曲变 形角速率。
需要说明的是，状态模型为:
其中，表示第k个节点子IMU第二次传递对准时的系统矩阵；表示第k个节点子IMU第二次传递对准时的系统噪声驱动阵；表示第 k个节点子IMU第二次传递对准时的系统噪声方差阵。
对第k个节点子IMU第二次传递对准采用“速度+位置”匹配方式，选取第 k个节点子IMU第二次传递对准观测量与第k个节点子IMU第一次主子传递 对准后的导航信息Yk中的速度、位置信息之差作为量测量：
需要说明的是，量测模型为:
其中，为第k个节点子IMU第二次传递对准量测噪声方差阵；为第 k个节点子IMU第二次传递对准量测矩阵：
利用上述传递对准误差状态量计算修正第k个节点子IMU位置、速度和姿 态。其中，速度修正公式为：
其中，Vx′、Vy′和Vz′主子传递对准后第k个节点子IMU东向、北向和天向 速度；和分别为第二次传递对准修正后第k个节点子IMU东向、北向 和天向速度；
此外，位置修正公式为：
其中,L′、λ′和h′主子传递对准后第k个节点子IMU纬度、经度和高度， 和分别为第二次传递对准修正后第k个节点子IMU纬度、经度和高度；
再次，姿态修正公式为：
利用中的失准角来计算第k个节点子IMU导航坐标系n与计算 导航坐标系n′间的转换矩阵
修正后的转换矩阵为：
其中，为第k个节点子IMU进行第二次传递对准后的姿态矩阵。利用修 正后的计算第k个节点子IMU第二次传递对准后的姿态角，包括航向角俯仰角和横滚角
最终，基于上述操作流程步骤，针对分布式POS系统各子IMU重复前述步 骤，直至循环结束完成传递对准，得到机载分布式POS中所有节点的全局位置、 速度、姿态信息。
综上所述，本公开提出的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对 准方法的原理为通过第一次主子传递对准，获得所有节点子IMU的导航信息 Y1,Y2…YN，基于其他节点与第k个节点间杆臂距离及其 他节点子IMU主子传递对准滤波估计误差协方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)，建立 其他节点子IMU融合权重矩阵利用融合权重矩阵 加权计算各子IMU主子传递对准后补偿到第k个节点 的导航信息，得到第k个节点的速度、位置信息，作为第二次传递对准观测量采用速度位置匹配方式，对第k个节点子IMU进行第二次传递对准，得到该节 点子IMU全局位置、速度、姿态信息，进而实现分布式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态的测量，提高分布式POS传递对准精度。
需要说明的是，本公开提出的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传 递对准方法的优点在于建立的分布式POS融合权重矩阵综合考虑子IMU 间杆臂距离和子IMU第一次主子传递对准精度，使第k个节点第二次传递对准 观测量合理有效，且精度满足需求；且加权计算得到的传递对准观测量综 合利用分布式POS全局子IMU的主子传递对准导航信息，使第k个节点子IMU 第二次传递对准获得的导航信息是全局滤波估计结果，提高了分布式POS传递 对准精度；更进一步地，可对分布式POS中所有节点子IMU进行两次传递对准， 不仅利用主系统的导航信息进行主子传递对准，还充分利用了其他子系统的导 航信息进行第二次传递对准，可有效解决多干扰环境下子IMU主子传递对准精 度下降的问题，获得机载分布式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态信息。
基于同一发明构思，还提供了一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传 递对准装置。由于此装置解决问题的原理与前述一种基于融合权重矩阵的机载 分布式POS传递对准方法相似，因此，该装置的实施可以按照前述方法的具体 步骤时限，重复之处不再赘述。
如图4所示，为一个实施例中的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS 传递对准装置的结构示意图。该基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准 装置10包括：获取模块200、建立模块400、计算模块600和对准模块800。
其中，获取模块200用于基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次 主子传递对准，获得导航信息Y1,Y2…YN；建立模块400用于建立其它节点子IMU 相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵；计算模块600用于加权计算第k个节 点子IMU传递对准观测量；对准模块800用于针对第k个节点子IMU进行第二 次传递对准得到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代 操作完成分布式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。
本发明提供的一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准装置，通 过获取模块200基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对 准，获得导航信息；再通过建立模块400建立其它节点子IMU相对第k个节点 子IMU的融合权重矩阵；再通过计算模块600加权计算第k个节点子IMU传递 对准观测量；最终通过对准模块800针对第k个节点子IMU进行第二次传递对 准得到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代操作完成 分布式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。该装置能够克服传统 技术中的缺陷，建立的分布式POS融合权重矩阵综合考虑子IMU间杆臂 距离和子IMU第一次主子传递对准精度，使第k个节点第二次传递对准观测量 合理有效，且精度满足需求；且加权计算得到的传递对准观测量综合利用 分布式POS全局子IMU的主子传递对准导航信息，使第k个节点子IMU第二 次传递对准获得的导航信息是全局滤波估计结果，提高了分布式POS传递对准 精度；更进一步地，可对分布式POS中所有节点子IMU进行两次传递对准，不仅利用主系统的导航信息进行主子传递对准，还充分利用了其他子系统的导航 信息进行第二次传递对准，可有效解决多干扰环境下子IMU主子传递对准精度 下降的问题，获得机载分布式POS中所有节点的全局位置、速度、姿态信息。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质上 存储有计算机程序，该程序被图1或图2中处理器执行。
本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品。当该计算机程序 产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述图1或2的方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是 可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机 可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。 其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上 述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术 特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准方法，所述方法包括：
基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对准，获得导航信息Y1,Y2…YN；
建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵；
加权计算第k个节点子IMU传递对准观测量；
针对第k个节点子IMU进行第二次传递对准得到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代操作完成分布式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：采用状态χ2检验法，判断所有节点子IMU导航信息Y1,Y2…YN是否可用于第二次传递对准。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵包括：基于其他节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离以及其他节点子IMU的主子传递对准滤波估计误差协方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)；
建立其他节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于其它节点子IMU导航信息Ys(s＝1,2…k-1,k+1,…N)，利用融合权重矩阵加权计算出第k个节点子IMU的速度、位置信息，作为传递对准观测量
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵包括：其他节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵即：
<mrow>
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其中，为其它节点子IMU与第k个节点子IMU间杆臂距离因子：
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</mrow>
其中，ps为其它节点子IMU主子传递对准精度因子，由其它节点子IMU的主子传递对准滤波估计误差协方差Ps(s＝1,2…k-1,k+1,…N)计算得到：
<mrow>
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<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，Ps(4,4),Ps(5,5)…Ps(9,9)分别对应主子传递对准速度误差、位置误差的估计误差协方差。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第k个节点子IMU的传递对准观测量为：
其中，是由其他节点子IMU导航信息Ys(s＝1,2…k-1,k+1…N)通过杆臂补偿得到的第k个节点子IMU的速度、位置信息；表示与的Hadmard乘积。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过第k个节点子IMU的传递对准观测量对第k个节点子IMU进行第二次传递对准，获得该节点子IMU的全局位置、速度、姿态信息。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
9.一种基于融合权重矩阵的机载分布式POS传递对准装置，所述装置包括：
获取模块，用于基于分布式POS所有N个节点子IMU通过第一次主子传递对准，获得导航信息Y1,Y2…YN；
建立模块，用于建立其它节点子IMU相对第k个节点子IMU的融合权重矩阵；
计算模块，用于加权计算第k个节点子IMU传递对准观测量；
对准模块，用于针对第k个节点子IMU进行第二次传递对准得到第k个节点全局位置、速度、姿态信息，并进行加1重复迭代操作完成分布式POS所有节点全局位置、速度、姿态信息的对准。
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|---|---|---|---|---|
| CN108919304A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-11-30 | 山东科技大学 | 一种基于参考平面的移动测量系统中pos误差补偿方法 |
| CN112762936A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-05-07 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种运用于长航时无人机载荷的多源定位信息融合方法 |
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