[发明专利]基于自适应尺度下推的桑迪亚惯性地形辅助导航方法

说明书

本发明属于无人机导航技术领域，具体的说是基于自适应尺度下推的桑迪亚惯性地形辅助导航方法。由于地形平坦区域的地形高程基本相同，本发明只对地形陡峭的区域进行算法改进，根据当前时刻的地形特征决定是否进行尺度下推。通过捷联惯导所得导航信息和数字高程地图得到当前位置的地形斜率，与基准数字地图平均地形斜率进行对比，从而决定是否进行尺度下推从而提高导航精度。

技术领域

本发明属于无人机导航技术领域，具体的说是基于自适应尺度下推的桑迪亚惯性地形辅助导航方法。

背景技术

如图1所示，SITAN系统以惯导提供导航信息作为基准，从储存好的数字高程地图上找到当前位置的地形高程作为基准高程，与气压高度计测得海拔高度之差即为对地高度估计值，同时，由机载超声波敏感器件测量出对地高度作为实测值；由惯导系统误差模型建立状态方程，以对地高度值差值作为量测，在预估位置处进行地形线性化处理，导出地形斜率之后，综合对地高度信息可得到系统量测方程，然后通过滤波算法进行处理，获得当前导航信息的误差参数，实现修正。

最初，桑迪亚惯性地形辅助导航被应用于战斗机或者导弹等配备机械式惯导的飞行器，由于此类惯导精度较高，因此最终导航精度符合要求。但是对于小型旋翼无人机来说，SITAN系统在实际应用之中，误差仍然高达30-50m，无法保证其正常工作。

滤波器的量测方程由无人机相对高度的预测信息与激光测距模块测量得出的无人机实际对地高度共同建立，而预测信息由惯性导航绝对高度信息与利用数字高程地图得到的相对高度之差得到，数字高程地图的精度是最终导航精度的决定性因素之一。

表1为现有数字高程地图数据库对比

观察表1可以看出，最高的精度为10m，来自德国，但由于此数据库为网状，因此不具有普适性。而将30m精度的数字高程地图直接应用于桑迪亚惯性地形辅助导航得到的导航精度并不符合实际需求。

目前，为提升地形匹配导航方式的精度，一般采用适用于非线性系统的粒子滤波代替卡尔曼滤波的方式，或者添加神经网络等算法实现改进，很少考虑到提高地形匹配所依赖的基准数字地图精度来提升导航精度。桑迪亚惯性地形辅助导航系统主要以数字高程地图为基准，通过实测地形高度建立量测方程进行滤波，得到惯性导航信息误差参数，用以修正补偿惯性导航的积累误差，因此导航精度很大程度上由基准数字高程地图精度决定。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，卫星信号由于遮挡覆盖而导致的信号阻隔区和受到干扰而无法接收正确信号等状况下的小型旋翼无人机导航领域，为了提升经典桑迪亚惯性地形辅助导航系统的精度，提出数字高程地图自适应尺度下推算法。

本发明的技术方案为：

基于自适应尺度下推的桑迪亚惯性地形辅助导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取当前基准数字高程地图的斜率阈值k；

S2、获取当前时刻的地形斜率k_t；

S3、实时判断k_t>k是否成立，若是，则进行数字高程地图尺度下推，否则，采用原有基准地图。

进一步的，所述步骤S1的具体方法为：

获取当前基准数字高程地图的地形起伏度R：

R＝Hmax-Hmin

Hmax和Hmin分别为单位面积内最大高程和最小高程值；

根据如下公式获得斜率阈值k：