[发明专利]基于联邦滤波的SINS/SMANS/TRNS组合导航方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及组合导航定位技术领域，尤其涉及一种基于联邦滤波的SINS/SMANS/TRNS组合导航方法及系统。

背景技术

“导航”就是正确引导飞行器沿着预定的航线在规定时间内到达目的地。为了完成这个任务，需要随时知道飞行器的瞬时地理位置、航行速度、航行的姿态航向等参数。这些参数，通常称作导航参数。对有人驾驶的飞行器，这些导航参数可由领航员通过观察仪表和计算得到。但是，随着速度和航程的不断增大，对导航的要求越来越高；为了减轻和代替领航员的工作，就出现了各种导航系统，可以自动的提供需要的各种导航参数。

惯性导航是一种自主性的导航方法。它完全依靠机载设备自主的完成导航任务，和外界不发生任何光、电联系。因此，隐蔽性好，工作不受气象条件的限制。这一独特的优点，使惯导系统在导弹、舰船、飞机、宇宙航行器上得到了广泛的应用，在导航技术中占有突出的地位。惯性导航是用陀螺仪和加速度计提供的测量数据确定所在运载体的位置、速度和姿态导航参数。通过这两种测量的组合，就可以确定该运载体在惯性坐标系的平移运动并计算它的位置。

捷联惯性导航(SINS)系统通过把敏感器固连(或固定)在运载体的壳体上而去除了平台系统大部分的机械复杂性。这种方法的潜在好处是成本降低、尺寸减少、可靠性提高。小型、精确的捷联惯性导航系统可以装到各种飞行器上，所带来的主要问题是计算复杂性显著增加，而且需要能测量高转速的器件。然而，计算机技术的不断进步与适用敏感器的开发相结合，使这种设计成为现实。

捷联惯性导航的缺点是它所提供的位置估算精度会随时间而漂移。在长时间范围内，导航误差增长的速度主要由初始对准精度、系统所使用的惯性敏感器缺陷和运载体运动轨迹的动态特性决定。虽然采用更精确的敏感器可以提高精度，但惯性系统的成本会变得极为昂贵，且提高的精度也是有限的。近年来，为了解决捷联惯导系统的误差漂移问题，一种适于多种应用的方法是组合导航技术，组合导航是采用一种或多种辅助导航系统对惯性导航进行修正。其中，景象匹配辅助导航系统和地形参考导航系统就是两种高自主性的导航系统。

景象匹配辅助导航(SMANS)是利用机载或弹载图像传感器在飞行过程中采集的实时地形景象图与预先制备的基准地形景象图进行实时匹配计算而获得精确定位信息的技术。景象匹配导航属自主定位，可以为飞行器提供高精度制导，导航精度与飞行距离无关，且成本相对较低。景象匹配辅助导航采用一个成像系统建立起飞机向前飞行时其下方的地形图片，需要位置坐标时，一部分扫描图像被存储起来形成飞机下方地形的“景象”。通过这个过程，图像被转化成一个“像素”阵列，每个像素都有一个表示那部分图像亮度的数值。对“捕获”的景象进行处理，以去除噪声和增强那些可能提供导航信息的特征，再采用相关算法寻找预先存储在地面特征数据库中可识别的图形。发现景象中的特征与数据库中的特征匹配后，根据飞机的姿态和离地高度进行几个计算，就能够计算出景象在被捕获瞬间的位置。

地形参考导航(TRNS)技术是近年来受到广泛重视并已成功使用的辅助导航系统，也是一种自主、隐蔽、全天候、导航定位精度与航程无关的低空导航技术。最常用的地形参考系统采用一个无线电高度表、一个机载气压惯性导航系统和一个存储的飞行器飞过区域的地形轮廓图。无线电高度表测量出地面的高度，结合惯性导航系统对海拔高度的估值，可以在运载体上的计算机再现飞行路线下面的地面轮廓。然后将得到的地面轮廓与存储的地形图数据进行比较以实现相符性匹配，由此可以确定运载体的位置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于联邦滤波的SINS/SMANS/TRNS组合导航方法及系统，以有效提高导航系统的精度，并具有高容错性、高自主性和高可靠性。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种基于联邦滤波的SINS/SMANS/TRNS组合导航方法，包括以下步骤：

S1：景象匹配辅助导航采用角点方法进行图像匹配，通过飞行器的姿态和高度转换，来确定飞行器的位置；

S2：地形参考导航采用地形匹配方法进行地形匹配，通过比较实际相对高度和惯导相对高度，最终确定飞行器的位置；

S3：建立捷联惯性导航系统的误差模型，以及景象匹配辅助导航和地形参考导航的观测模型；

S4：对捷联惯性导航、景象匹配辅助导航和地形参考导航的输出进行信息融合，得出最优估计结果，并对捷联惯性导航系统进行校正。

优选地，所述步骤S1具体包括以下步骤：