[发明专利]一种基于置信椭圆的高精度地形参考导航匹配方法

说明书

本发明提供一种基于置信椭圆的高精度地形参考导航匹配方法，在飞行器飞行过程中，首先基于误差统计的置信椭圆基本理论，利用机载导航数据的方差和协方差矩阵建立以机载导航设备的当前指示位置为中心的置信椭圆最小外包矩形，并以此定义为地形参考导航的地形搜索区域；然后对地形搜索区域内的外部高精度数字地形数据、机载无线电高度计和气压高度计的观测数据采用地形相关匹配定位算法开展实测地形剖面与地形搜索区域内的地形剖面序列的互相关处理，实现机载导航数据与数字地形间的精确匹配，降低Auto‑GCAS系统的虚警和漏警，提高机载近地告警系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种基于置信椭圆的高精度地形参考导航匹配方法，尤其是飞行器中广泛应用的基于数字地形数据库的近地告警类设备所涉及的机载导航数据与数字地形数据之间的高精度匹配技术，此类系统包括但不限于航空器近地告警设备、近地防撞系统、地形提示与警告系统以及综合环境监测系统等航电设备的具体产品。

背景技术

自动近地防撞系统(Auto-GCAS)是基于战斗机的当前状态参数(位置、姿态以及性能参数等)，预测未来一段时间内的高精度飞行轨迹，并将其投影在数字地形图上，从而获取预测轨迹方向的地形剖面。当预测的飞行轨迹与增加了安全阈值的地形包线相交时，系统立即触发飞机自动横滚改平，并以特定过载拉起的机动信号，从而消除战斗机的CFIT事故，保证战斗机和飞行员的安全。但是由于机载全球定位系统的定位误差、惯性导航系统的累积误差、雷达高度计的测高误差以及数字地形数据的误差等因素，飞行器导航数据与数字地形数据之间不可避免的存在偏差，从而引起Auto-GCAS系统的虚警和漏警(虚警：降低飞行员对近地告警设备的信任度；漏警：导致严重的飞行事故)，因此需要研究提高战斗机与地形之间的相对位置的精确方法和技术，实现战斗机与DEM的地形之间的精确匹配，满足高性能战斗机、精确打击武器等先进装备的迫切需求。

地形匹配导航作为惯性导航系统(INS)的一种重要辅助导航方式，利用外部的数字地形数据库，基于高精度的地形相关匹配定位算法，实现导航数据与地图数据的高精度匹配与定位，同时消除数字地图在水平方向的基准偏差，具有自主、可靠、不受干扰、导航精度与航程无关等优点，广泛应用于水下地形辅助导航、精确制导武器(“战斧”巡航导弹)以及战斗机的航电系统(F-16)等领域。地形参考导航算法的地形搜索区域影响地形参考导航的计算效率和匹配精度，目前主要采用以导航系统的指示位置为中心,与最大容许导航误差相适应的6σ×6σ矩形区域定义为地形搜索区域，开展导航数据和数字地形数据的地形相关匹配定位，实现导航数据与数字地形之间的精确匹配。

发明内容

本发明公开了一种基于置信椭圆的高精度地形参考导航匹配方法，在飞行器飞行过程中，基于误差统计中的置信椭圆基本理论，利用机载导航数据的方差和协方差矩阵提取以机载导航设备的当前指示位置为中心的置信椭圆最小外包矩形，并以此定义地形参考导航的地形搜索区域，然后利用外部高精度数字地形数据、机载无线电高度计和气压高度计的观测数据进行处理和分析，采用地形相关匹配定位算法实现实测地形剖面与地形搜索区域内的地形剖面序列的相关处理，提高地形参考导航技术的计算效率，实现飞行器导航数据与数字地形数据间的高精度精确匹配，降低Auto-GCAS系统的虚警和漏警，提高机载近地告警系统的可靠性。

本发明提供了一种基于置信椭圆的高精度地形参考导航匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：利用机载无线电高度计和气压高度表获取实测无线电高度(x_i,y_i,h_r)和气压高度(x_i,y_i,h_a)，并计算地形标高剖面数据(x_i,y_i,h_d)；

步骤B：利用机载导航系统(GPS/INS)的指示位置(x_i,y_i)及方法及协方差矩阵，计算以每个指示位置为中心的置信椭圆；