[發明專利]基于聯邦濾波的SINS/SMANS/TRNS組合導航方法及系統

有效

• 申請號: 201110371864.0
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102506868A
• 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

1.一種基于聯邦濾波的SINS/SMANS/TRNS組合導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：景象匹配輔助導航采用角點方法進行圖像匹配，通過飛行器的姿態和高度轉換，來確定飛行器的位置；

S2：地形參考導航采用地形匹配方法進行地形匹配，通過比較實際相對高度和慣導相對高度，最終確定飛行器的位置；

S3：建立捷聯慣性導航系統的誤差模型，以及景象匹配輔助導航和地形參考導航的觀測模型；

S4：對捷聯慣性導航、景象匹配輔助導航和地形參考導航的輸出進行信息融合，得出最優估計結果，并對捷聯慣性導航系統進行校正。

2.如權利要求1所述的組合導航方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11：輸入航拍圖像和待匹配區域圖像，分別對兩個圖像進行特征點的提取，對圖像進行尺度空間表示并進行三維定位；

S12：通過確定興趣點的方向特征來構建興趣點的描述子向量，采用基于最近距離比次近距離的匹配方法進行特征點匹配，并對誤匹配點對進行剔除；

S13：基于匹配成功的興趣點對來確定所述航拍圖像和待匹配區域圖像的單應矩陣，根據所述單應矩陣提供的兩幅圖像的位置和旋轉關系，確定航拍圖在待匹配區域地圖中的位置，從而確定飛行器的飛行位置。

3.如權利要求2所述的組合導航方法，其特征在于，所述興趣點的描述子向量可為64維或128維構成。

4.如權利要求1所述的組合導航方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下步驟：

S21：輸入地形高程數據，并建立地形線性化模型；

S22：根據飛行器水平位置誤差計算地形高程差，再根據飛行器的絕對高度差和所述地形高程差計算地形相對高度差；

S23：將計算所得地形相對高度差與觀測所得相對高度差進行比較，來修正并最終確定飛行器的位置。

5.如權利要求1所述的組合導航方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括以下步驟：

S41：對信息融合后的狀態和方差陣進行初始化；

S42：構成捷聯慣導/景象匹配輔助導航子濾波器和捷聯慣導/地形參考導航子濾波器，對各子濾波器的狀態、方差陣和狀態噪聲陣進行信息分配；

S43：將捷聯慣導/景象匹配輔助導航子濾波器和捷聯慣導/地形參考導航子濾波器分別進行各自的時間更新和觀測更新，得到各子濾波器的估計信息；

S44：將所有子濾波器的估計信息融合成為全局狀態最優估計信息。

6.一種實現權利要求1-5中任一項所述的組合導航方法的組合導航系統，其特征在于，包括：

大氣慣性導航系統，用于得到慣導位置信息并輸出；

飛行軌跡發生器模塊，用于模擬飛行器飛行軌跡，得到飛行器的位置、速度和姿態信息；

SINS/SMANS組合導航系統，包括：

圖像傳感器視區及定位參數計算模塊，用于根據所述大氣慣性導航系統輸出的位置信息計算機載圖像傳感器的視區及定位參數；

數字參考地圖數據庫，用于根據所述圖像傳感器視區及定位參數計算模塊的計算結果得到合適的數字參考地圖；

圖像傳感器模擬模塊，用于根據所述飛行軌跡發生器模塊得到的飛行器的姿態和高度轉換信息，模擬生成機載圖像傳感器拍攝的實時圖像；

圖像匹配模塊，用于對由所述數字參考地圖數據庫獲得的所述數字參考地圖和由所述圖像傳感器模擬模塊模擬的實時圖像進行配準，計算得出飛行器的實時位置；

SINS/SMANS卡爾曼子濾波器模塊，用于根據大氣慣性導航系統輸出的慣導位置信息和圖像匹配模塊輸出的飛行器實時位置信息進行信息融合；

SINS/TRNS組合導航系統，包括：

激光測高儀，用于接收飛行軌跡發生器模塊獲得的實際絕對高度信息和地形匹配模塊獲得的實際高程信息，得到實測相對高度并輸出；

地形高程數據庫，用于提供地形數據；

地形匹配模塊，用于根據大氣慣性導航系統輸出的慣導位置信息、飛行軌跡發生器模塊輸出的實際位置信息以及所述地形高程數據庫提供的地形數據輸出實際高程信息、輸出地形斜率和慣導高程信息；

SINS/TRNS卡爾曼子濾波器模塊，用于根據所述激光測高儀、地形匹配模塊和大氣慣性導航系統的輸出信號進行信息融合；

聯邦濾波模塊，用于對SINS/SMANS卡爾曼子濾波器模塊和SINS/TRNS卡爾曼子濾波器模塊輸出的信號進行融合，得到最終融合的位置信息結果，同時對所述大氣慣性導航系統進行誤差校正。