[發明專利]基于Harris角點匹配的SINS/SMANS組合導航方法及系統

有效

• 申請號: 201110371854.7
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102506867A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 程農;胡海東;李威;楊霄
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及組合導航定位技術領域，尤其涉及一種基于Harris角點匹配的SINS/SMANS組合導航方法及系統。

背景技術

導航在現代飛行器飛行中占有重要的地位，對于軍用飛機來說，需要具備長途奔襲、快速反應和自部署能力，也必需裝備自主工作的導航設備；對于直升機來說，在搜救過程中，需要標出救援目標的距離、方位和精確位置，也需要依靠精確的導航和定位系統。因此，現代飛機飛行越來越依賴精確的導航設備。

現代飛機導航方式主要有：捷聯慣性導航(SINS)、衛星導航(GNSS)、無線電導航(RNS)、多普勒導航(VNS)、景象匹配輔助導航(SMANS)等。其中，慣性導航是飛機的主要導航方式，其有高數據率和自主性強的特點，但慣性導航隨時間增長會出現誤差漂移，需要其他導航方式對其進行修正。衛星導航、無線電導航和多普勒導航都具有自主性差、易受干擾的缺點，不能滿足導航系統對自主性的要求。景象匹配導航系統以其特有的抗干擾和自主導航能力，在精確導航技術中的地位正日益重要。

景象匹配導航是利用機載或彈載圖像傳感器在飛行過程中采集的實時地形景象圖與預先制備的基準地形景象圖進行實時匹配計算而獲得精確定位信息的技術。景象匹配導航屬自主定位，可以為飛行器提供高精度制導，導航精度與飛行距離無關，且成本相對較低。

可應用于景象匹配輔助導航系統的先進圖像傳感器可分為兩類：一類是基于射頻(RF)的傳感器，有合成口徑雷達(SAR)，毫米波雷達(MMW)等；另一類是基于光學的電光(EO)傳感器，有激光雷達，紅外圖像傳感器等。而這些圖像傳感器的成像原理各有不同，其在載機上的應用也受到氣象條件、地理條件、戰場條件等綜合因素的影響。但目前的圖像傳感器正在向多傳感器融合方向發展，若運用數據融合技術綜合不同信號源的信息來克服單傳感器系統所固有的缺陷，或利用不同傳感器的數據互補和冗余，則可為目標識別提供更多可利用的判別信息和指令信號。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于Harris角點匹配的SINS/SMANS組合導航方法及系統，可有效改善SINS的導航精度并具有完全自主的特點。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明提供了一種基于Harris角點匹配的SINS/SMANS組合導航方法，包括以下步驟：

S1：根據機載圖像傳感器的參數和幾何關系，制作數字參考地圖；

S2：根據飛行器的飛行位置和姿態，模擬生成機載圖像傳感器拍攝的實時圖像；

S3：對所述數字參考地圖和模擬的實時圖像進行配準，計算得出飛行器的實時位置；

S4：建立捷聯慣性導航誤差模型和景象匹配觀測模型；

S5：用卡爾曼濾波技術對捷聯慣性導航和景象導航輸出的狀態信息進行信息融合，得出最終的融合結果，并對捷聯慣性導航進行誤差校正。

優選地，步驟S1中所述數字參考地圖由多個子參考地圖拼接合成。

優選地，步驟S2中對所述實時圖像的模擬包括以下步驟：

S21：根據飛行器的飛行高度、機載圖像傳感器的視場角以及機載圖像傳感器在地理系中的方位，通過圖像旋轉方法，從數字參考地圖中選擇與實時圖像對應的區域；

S22：對所述數字參考地圖進行縮放，滿足機載圖像傳感器的像元要求，形成理想的實時圖像；

S23：在所述理想的實時圖像上模擬加入噪聲，得到所述模擬的實時圖像。

優選地，所述步驟S22中通過插值方法對所述數字參考地圖進行縮放處理。

優選地，所述插值方法包括最鄰近插值、雙線性內插值、三次卷積插值方法。

優選地，所述步驟S23中，所述加入的噪聲包括高斯噪聲和大氣湍流干擾。

優選地，所述步驟S3具體包括以下步驟：

S31：輸入待匹配區域圖像和模擬的實時圖像；

S32：分別對兩幅圖像進行角點特征提取；

S33：根據提取的角點特征對兩幅圖像進行配準：在待匹配圖像中，用模擬的實時圖像進行一一遍歷比較和配準，計算所述模擬的實時圖像在所述待匹配圖像中的相對位置；

S34：根據待匹配圖像中心點對應的經緯度和模擬的實時圖像在待匹配圖像中相對位置來計算所述飛行器的實時位置。

優選地，步驟S5中采用卡爾曼濾波對捷聯慣性導航和景象導航輸出進行信息融合。

另一方面，本發明還提供了一種實現上述SINS/SMANS組合導航方法的SINS/SMANS組合導航系統，包括：