[發明專利]一種自主實時機載地形輔助慣性導航方法和系統

有效

• 申請號: 201710165412.4
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106643714B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 趙龍;張且且
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 管瑩;韓德凱

本發明公開了一種自主實時機載地形輔助慣性導航方法和系統，所述方法包括：根據主慣性導航系統輸出的姿態、速度和位置信息，通過地形匹配區域規劃與適應性分析模塊中的地形匹配區域自動規劃算法連續規劃匹配區域；根據地形匹配區域規劃與適應性分析模塊中的匹配區域適應性分析準則自動分析規劃區域的匹配適應性；根據上述匹配適應性的分析結果來決策是否執行地形匹配算法，如果所規劃區域為匹配區域，則執行地形匹配算法并實現匹配定位；如果所規劃區域為非匹配區域，則不執行地形匹配算法。

技術領域

本發明涉及導航和定位技術領域，特別涉及一種自主實時機載地形輔助慣性導航方法和系統。

背景技術

地形輔助導航(Terrain Aided Navigation，TAN)由于具有自主性、隱蔽性、抗干擾能力強和全天候工作的優點，其在組合導航系統中受到廣泛的重視和研究，并已在巡航導彈、飛機和艦船上成功應用。TAN的定位思想是利用實測的運動軌跡下方的地形高程數據和存儲的數字地形高程模型(Digital Elevation Model，DEM)為信息，采用地形匹配算法來達到定位的目的。地形輔助導航系統的定位精度和實時性不僅與地形匹配算法有關還受地形特征的影響。在地形特征較明顯的山地和丘陵地區定位準確度較高，在平原或海平面這些地形特征不明顯的區域匹配就不適合執行匹配定位。由于受地形匹配算法和地形特征的限制，目前地形輔助導航系統的應用，大都需要事先根據飛行任務規劃飛行路線、選取匹配區域，使得載體機動飛行和實時定位的能力受限。如何實現載體在飛行過程中自主選擇匹配區域并根據飛行狀態和所規劃區域的地形特征自動執行合適的地形匹配算法，將極大的提高載體機動飛行和實時地形輔助定位的能力從而擺脫受事先規劃的飛行軌跡的束縛，這也將有利于地形輔助導航的推廣和應用。

發明內容

本發明提供了一種實時機載地形輔助導航方法和系統，以解決目前地形輔助導航系統需要事先根據飛行任務規劃飛行路線、選取匹配區域，使得載體機動飛行和實時定位的能力受限的問題。

本發明的自主實時機載地形輔助慣性導航方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據主慣性導航系統輸出的姿態、速度和位置信息，通過地形匹配區域規劃與適應性分析模塊中的地形匹配區域自動規劃算法連續規劃匹配區域；

步驟S2：根據地形匹配區域規劃與適應性分析模塊中的匹配區域適應性分析準則自動分析規劃區域的匹配適應性；

步驟S3：根據步驟S2中的匹配適應性的分析結果來決策是否執行地形匹配算法，如果所規劃區域為匹配區域，則執行地形匹配算法并實現匹配定位；如果所規劃區域為非匹配區域，則不執行地形匹配算法。

進一步地，步驟S1中的根據主慣性導航系統輸出的姿態、速度和位置信息，通過地形匹配區域規劃與適應性分析模塊中的地形匹配區域自動規劃算法連續規劃匹配區域，具體包括：

利用主慣性導航系統提供的載體即時位置信息經度λ和緯度L、航向角ψ、東向位置誤差的估計值σ_E和北向的位置誤差的估計值σ_N對匹配區域進行規劃，匹配區域規化的邊界模型為

式中，E₁、E₂、N₁、N₂分別為以載體即時位置經度λ和緯度L為坐標原點，東向為X軸、北向為Y軸所建立的臨時坐標系下的矩形區域在西向、東向、南向和北向的邊界坐標值；l為匹配序列長度。

進一步地，所述地形匹配算法包括搜索模式和跟蹤模式；搜索模式下的地形匹配算法采用基于相關思想的地形輪廓匹配算法，跟蹤模式下的地形匹配算法采用基于最優濾波原理的地形輔助導航算法。