地形輔助導(dǎo)航技術(shù)的研究.pdf

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1、地[關(guān)鍵字]地形輔助導(dǎo)航；數(shù)字地圖1．引言所謂地形輔助導(dǎo)航，實質(zhì)是由慣性系統(tǒng)與無線電高度表和數(shù)字地圖構(gòu)成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)【l】。地形輔助導(dǎo)航作為一種新型導(dǎo)航系統(tǒng)之所以引起人們的廣泛注意，是因為它在海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭中發(fā)揮了良好的實戰(zhàn)應(yīng)用效果。地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)采用了當今電子技術(shù)的最新成果，從而把軍事導(dǎo)航性能提高到一個新的高度。該系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景，它不僅能用于低空飛行，而且還用于海上和陸地航行。促使地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)迅速發(fā)展和成熟的因素有很多，除了計算機技術(shù)的迅速發(fā)展之外，還有幾項關(guān)鍵技術(shù)，本文將對此進行詳細介紹。2．系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用2．1系

2、統(tǒng)原理地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的原理[2-3]：飛行器在飛越航線上某些特定的地形區(qū)域時，利用雷達高度表和氣壓高度表等設(shè)備測量飛行器正下方的地形高度值，海拔高度和離地高度之差便是地形高度。離地高度一般由雷達高度表測量，而海拔高度值由氣壓高度表給出，這樣飛行器便可自主測出正下方的地形高度值。飛行器上存儲有事先測繪的數(shù)字高程地圖，該地圖本質(zhì)上是地形高度關(guān)于地理位置的函數(shù)。通過對地形高度的實時測星值和參考地圖的高度數(shù)據(jù)進行匹配得出飛行器的地理位置。在參考地圖中可能有多個地理位置的地形高度與實測的地形高度值相等或相近，在相似的地形和平坦地形區(qū)域更是如此，這樣一個地

3、形高度的實時測量值便可能和多個地理位置的地形高度相近，為了從這多個地理位置中確定真正的匹配位置就需要沿著飛行路徑連續(xù)測量飛行器正下方的地形高度。通過這些地形高度的測量值序列和來自INS的導(dǎo)航信息，比如帶有誤差的飛行器位置、速度和方向信息，就有可能排除錯誤的地理位置、確定飛行器地理位置唯一的估計值。這樣，利用飛行器的航向、速度、海拔高度、離地高度的測量值便可自主連續(xù)地計算出飛行器的三維位置的估計值。2．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖l所示，基本構(gòu)成為：(1)主導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)；(2)雷達高度表；(3)氣壓高度表；(4)大容量存儲器；(5)導(dǎo)航計算機：(6)數(shù)字相關(guān)

4、器：(7)地形相關(guān)算法和地圖數(shù)據(jù)調(diào)度的軟件。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2．3系統(tǒng)應(yīng)用地形輔助導(dǎo)航是80年代初出現(xiàn)的一種新型導(dǎo)航系統(tǒng)，除導(dǎo)航外，它還具有對軍事需求至關(guān)重要的一些用途，如地形跟隨、地形回避和威脅【旦

5、避等。前幾年，F(xiàn)—16和”狂風”已對該項技術(shù)進行了成功的試飛驗證，進一步的改裝計劃尚在考慮中，今后主要的應(yīng)用形式是與慣性系統(tǒng)的組合。目前，世界上研制地形輔助導(dǎo)航的公司主要有：美國的桑迪亞實驗室、E系統(tǒng)公司、德克薩斯儀器公司、洛克韋爾公司等；英國的BAE公司、GEC一馬可尼公司；法國的SAGEM公司；德國的道尼爾公司等。總的來說，導(dǎo)航技術(shù)是一項軍民兩

6、用技術(shù)，其中慣性技術(shù)和地形輔助導(dǎo)航技術(shù)與軍用的關(guān)系更為密切。即便如此，它們也正在積極開拓商用市場，除大型客機都裝備慣導(dǎo)系統(tǒng)外，未來的轎車應(yīng)用將有可能為慣性技術(shù)提供一個大的市場份額。3．系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)工作的主要流程如圖2所示。在實際應(yīng)用中，除了計算機技術(shù)外，還有幾項主要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)作者簡介：劉毓，男，四川內(nèi)江人，碩士。研究方向：雷達信號處理、高靈敏度GPS定位技術(shù)。基金項目：重慶市教委科學技術(shù)研究項目，項目編號：K．1101114。一29—數(shù)字地圖獲取匹配區(qū)域選擇預(yù)先航跡規(guī)劃實時高程采集圖2系統(tǒng)工作的主要流程相關(guān)算法搜索位置信息融A

7、3．1位置估計位置估計算法是慣導(dǎo)結(jié)合電子地圖自主導(dǎo)航系統(tǒng)的研究重點，為了不斷提高導(dǎo)航精度，導(dǎo)航系統(tǒng)已從依靠單一傳感器發(fā)展到基于多傳感器的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。與此對應(yīng)的導(dǎo)航系統(tǒng)核心部件一導(dǎo)航計算機的功能也日益復(fù)雜，其不僅要實現(xiàn)純捷聯(lián)解算、卡爾曼濾波、磁航向輔助算法等相對耗時的導(dǎo)航解算算法，同時還需要對外部的多傳感器數(shù)據(jù)進行同步實時采集。通常多傳感器導(dǎo)航系統(tǒng)中的外部傳感器輸出頻率都不一致，這就要求導(dǎo)航計算機在滿足導(dǎo)航解算實時性的前提下，實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)采集的同步性，有關(guān)的采集周期和導(dǎo)航解算周期的時序控制也就成為了導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。通常在對多路傳感器的信號

8、進行并行處理時，采用的方法有傳統(tǒng)的卡爾曼濾波、自適應(yīng)濾波等141?？柭鼮V波是處理動態(tài)定位數(shù)據(jù)的～種有效手段，充分利用以前的觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)線性最小方差原理，實現(xiàn)最優(yōu)估計。3．2地圖匹配地圖匹配是一種基于軟件技術(shù)的定位誤差修正方法，其基本思想是將目標器定位信息與數(shù)字地圖中的信息聯(lián)系起來，并由此確定目標在地圖中的位置。因此，地圖匹配算法的效果直接關(guān)系到目標導(dǎo)航的精度，地圖匹配技術(shù)是基于電子地圖的導(dǎo)航系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)典的地形高度匹配算法主要有兩類：一類是地形輪廓匹配(TERCOM)算法，另一類是采用擴展卡爾曼濾波技術(shù)的SITAN算法。TERCOM

9、算法是一種基于地形高度相關(guān)分析的批處理算法，在地形數(shù)據(jù)采集過程中要保證航向基本準確，不允許目標做機動運行。由于需要對地形高程序列進行后驗