[发明专利]基于联邦滤波的SINS/SMANS/TRNS组合导航方法及系统

权利要求书

1.一种基于联邦滤波的SINS/SMANS/TRNS组合导航方法，其特征在于，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。

2.如权利要求1所述的组合导航方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11：输入航拍图像和待匹配区域图像，分别对两个图像进行特征点的提取，对图像进行尺度空间表示并进行三维定位；

S12：通过确定兴趣点的方向特征来构建兴趣点的描述子向量，采用基于最近距离比次近距离的匹配方法进行特征点匹配，并对误匹配点对进行剔除；

S13：基于匹配成功的兴趣点对来确定所述航拍图像和待匹配区域图像的单应矩阵，根据所述单应矩阵提供的两幅图像的位置和旋转关系，确定航拍图在待匹配区域地图中的位置，从而确定飞行器的飞行位置。

3.如权利要求2所述的组合导航方法，其特征在于，所述兴趣点的描述子向量可为64维或128维构成。

4.如权利要求1所述的组合导航方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21：输入地形高程数据，并建立地形线性化模型；

S22：根据飞行器水平位置误差计算地形高程差，再根据飞行器的绝对高度差和所述地形高程差计算地形相对高度差；

S23：将计算所得地形相对高度差与观测所得相对高度差进行比较，来修正并最终确定飞行器的位置。

5.如权利要求1所述的组合导航方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41：对信息融合后的状态和方差阵进行初始化；

S42：构成捷联惯导/景象匹配辅助导航子滤波器和捷联惯导/地形参考导航子滤波器，对各子滤波器的状态、方差阵和状态噪声阵进行信息分配；

S43：将捷联惯导/景象匹配辅助导航子滤波器和捷联惯导/地形参考导航子滤波器分别进行各自的时间更新和观测更新，得到各子滤波器的估计信息；

S44：将所有子滤波器的估计信息融合成为全局状态最优估计信息。

6.一种实现权利要求1-5中任一项所述的组合导航方法的组合导航系统，其特征在于，包括：

大气惯性导航系统，用于得到惯导位置信息并输出；

飞行轨迹发生器模块，用于模拟飞行器飞行轨迹，得到飞行器的位置、速度和姿态信息；

SINS/SMANS组合导航系统，包括：

图像传感器视区及定位参数计算模块，用于根据所述大气惯性导航系统输出的位置信息计算机载图像传感器的视区及定位参数；

数字参考地图数据库，用于根据所述图像传感器视区及定位参数计算模块的计算结果得到合适的数字参考地图；

图像传感器模拟模块，用于根据所述飞行轨迹发生器模块得到的飞行器的姿态和高度转换信息，模拟生成机载图像传感器拍摄的实时图像；

图像匹配模块，用于对由所述数字参考地图数据库获得的所述数字参考地图和由所述图像传感器模拟模块模拟的实时图像进行配准，计算得出飞行器的实时位置；

SINS/SMANS卡尔曼子滤波器模块，用于根据大气惯性导航系统输出的惯导位置信息和图像匹配模块输出的飞行器实时位置信息进行信息融合；

SINS/TRNS组合导航系统，包括：

激光测高仪，用于接收飞行轨迹发生器模块获得的实际绝对高度信息和地形匹配模块获得的实际高程信息，得到实测相对高度并输出；

地形高程数据库，用于提供地形数据；

地形匹配模块，用于根据大气惯性导航系统输出的惯导位置信息、飞行轨迹发生器模块输出的实际位置信息以及所述地形高程数据库提供的地形数据输出实际高程信息、输出地形斜率和惯导高程信息；

SINS/TRNS卡尔曼子滤波器模块，用于根据所述激光测高仪、地形匹配模块和大气惯性导航系统的输出信号进行信息融合；

联邦滤波模块，用于对SINS/SMANS卡尔曼子滤波器模块和SINS/TRNS卡尔曼子滤波器模块输出的信号进行融合，得到最终融合的位置信息结果，同时对所述大气惯性导航系统进行误差校正。