基于双机协同交会的空对空测量技术研究

CIOMP OpenIR

	基于双机协同交会的空对空测量技术研究
	白冠冰
学位类型	博士
导师	刘晶红
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	机载光电平台目标定位坐标转换角度交会误差分析交会角卡尔曼滤波
摘要	机载光电平台作为侦察机的有效载荷,在航空侦察及靶场测量领域发挥着重要作用。光电平台内部集成多种高精度测量设备,可实现对侦察目标地理位置信息的获取,定位精度是武器能否实现准确打击、战场信息获取是否准确的关键。空中测量环境复杂,受载机位置和姿态角变化、机身振动、大气扰动等因素的影响,机载光电平台的目标测量难度更大。因此提出合适的机载目标定位方法,研究影响定位精度的因素,减小定位误差,是航空侦察测量领域的一个重要研究课题。本文讨论了机载光电测量技术的理论基础和发展现状,对机载目标定位的各个环节展开了系统地研究。重点围绕如何提高基于机载光电平台的目标定位精度问题,提出并建立了双机协同交会测量模型,根据模型进行了目标定位误差分析,确定了影响定位精度的误差因素,为工程应用提供理论指导。结合空中目标的运动特性,设计了一种自适应卡尔曼滤波器进行后期数据处理,实现了对定位精度的进一步提高。最后结合算法和光电平台的特点,设计了用于验证算法的硬件平台并完成了实验验证。本文主要研究内容可总结如下:根据国防事业对高精度目标定位的需求,针对常用的机载单机定位方法定位精度有限且受激光测距机的限制,结合光电平台轻型化、小型化设计的发展趋势,引入角度交会测量的思想,提出一种双机交会定位算法。首先,根据载机的动基座特性,建立定位模型的辅助坐标系,根据齐次坐标转换方法,对双机视轴向量进行旋转变换到统一坐标系中,根据空间交会原理完成对目标的解算。该方法摆脱了激光测距机的限制,可有效实现平台的轻型化,经过仿真实验表明,交会测量相比单机REA定位算法,定位精度显著提高。结合工程应用时的实际情况,在进行双机测量时光电平台视轴线交会于目标点上,而在进行解算时,受各测量单元误差影响,解算得到的视轴向量与实际视轴方向有偏差,导致传统交会算法定位模型不够准确。针对这一问题提出一种改进的双机协同交会定位算法,采用最小二乘原理估算目标位置。相比传统交会方法,该定位模型更准确,经试验表明,该方法也具有更高的定位精度。为验证算法的科学性和可行性,根据改进的交会定位算法建立了误差分析模型,分析了各种影响算法定位精度的因素。使用蒙特卡洛法仿真分析了双机与目标的不同位置下定位精度表现,绘制了误差曲线图。经试验表明,交会角是影响定位误差的主要因素,根据定位误差曲线图确定最优测量交会角,为工程应用中高精度定位的实现提供了理论指导。为进一步提高定位精度,根据定位目标的运动特性和噪声的不确定性,设计了一种自适应卡尔曼滤波器进行定位数据的滤波处理。根据测量数据完成了滤波模型的建立和初始化,并进行了仿真实验,结果表明滤波后目标定位精度明显提高,滤波后的目标轨迹更平顺,与目标的实际运动轨迹更贴近。结合工程应用,设计了基于机载光电测量设备的硬件实验平台,以证明算法在嵌入式平台中的应用。设计了基于DSP芯片的定位解算模块用于实现定位算法的实时解算,设计并完成了算法的验证实验。结果表明,测量位置对改进的双机交会定位方法定位精度有影响,本文算法测量精度高于单点定位。综上所述,本文通过对机载目标定位方向的研究,掌握了地理坐标测量和误差分析等方面的相关知识,并且在现有研究成果的基础上,提出了一种基于机载光电平台的双机协同交会定位方法并建立了误差分析模型,有效提高了机载目标定位精度,对机载光电测量领域的发展具有重要意义。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61634
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	白冠冰. 基于双机协同交会的空对空测量技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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基于双机协同交会的空对空测量技术研究.c（3947KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文