地形辅助导航技术的研究.pdf

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1、地[关键字]地形辅助导航；数字地图1．引言所谓地形辅助导航，实质是由惯性系统与无线电高度表和数字地图构成的组合导航系统【l】。地形辅助导航作为一种新型导航系统之所以引起人们的广泛注意，是因为它在海湾战争、科索沃战争中发挥了良好的实战应用效果。地形辅助导航系统采用了当今电子技术的最新成果，从而把军事导航性能提高到一个新的高度。该系统有着广泛的应用前景，它不仅能用于低空飞行，而且还用于海上和陆地航行。促使地形辅助导航系统迅速发展和成熟的因素有很多，除了计算机技术的迅速发展之外，还有几项关键技术，本文将对此进行详细介绍。2．系统原理、结构及应用2．1系

2、统原理地形辅助导航系统的原理[2-3]：飞行器在飞越航线上某些特定的地形区域时，利用雷达高度表和气压高度表等设备测量飞行器正下方的地形高度值，海拔高度和离地高度之差便是地形高度。离地高度一般由雷达高度表测量，而海拔高度值由气压高度表给出，这样飞行器便可自主测出正下方的地形高度值。飞行器上存储有事先测绘的数字高程地图，该地图本质上是地形高度关于地理位置的函数。通过对地形高度的实时测星值和参考地图的高度数据进行匹配得出飞行器的地理位置。在参考地图中可能有多个地理位置的地形高度与实测的地形高度值相等或相近，在相似的地形和平坦地形区域更是如此，这样一个地

3、形高度的实时测量值便可能和多个地理位置的地形高度相近，为了从这多个地理位置中确定真正的匹配位置就需要沿着飞行路径连续测量飞行器正下方的地形高度。通过这些地形高度的测量值序列和来自INS的导航信息，比如带有误差的飞行器位置、速度和方向信息，就有可能排除错误的地理位置、确定飞行器地理位置唯一的估计值。这样，利用飞行器的航向、速度、海拔高度、离地高度的测量值便可自主连续地计算出飞行器的三维位置的估计值。2．2系统结构图l所示，基本构成为：(1)主导航系统(INS)；(2)雷达高度表；(3)气压高度表；(4)大容量存储器；(5)导航计算机：(6)数字相关

4、器：(7)地形相关算法和地图数据调度的软件。图1系统总体结构2．3系统应用地形辅助导航是80年代初出现的一种新型导航系统，除导航外，它还具有对军事需求至关重要的一些用途，如地形跟随、地形回避和威胁【旦

5、避等。前几年，F—16和”狂风”已对该项技术进行了成功的试飞验证，进一步的改装计划尚在考虑中，今后主要的应用形式是与惯性系统的组合。目前，世界上研制地形辅助导航的公司主要有：美国的桑迪亚实验室、E系统公司、德克萨斯仪器公司、洛克韦尔公司等；英国的BAE公司、GEC一马可尼公司；法国的SAGEM公司；德国的道尼尔公司等。总的来说，导航技术是一项军民两

6、用技术，其中惯性技术和地形辅助导航技术与军用的关系更为密切。即便如此，它们也正在积极开拓商用市场，除大型客机都装备惯导系统外，未来的轿车应用将有可能为惯性技术提供一个大的市场份额。3．系统关键技术地形辅助导航系统工作的主要流程如图2所示。在实际应用中，除了计算机技术外，还有几项主要环节和关键技术作者简介：刘毓，男，四川内江人，硕士。研究方向：雷达信号处理、高灵敏度GPS定位技术。基金项目：重庆市教委科学技术研究项目，项目编号：K．1101114。一29—数字地图获取匹配区域选择预先航迹规划实时高程采集图2系统工作的主要流程相关算法搜索位置信息融A

7、3．1位置估计位置估计算法是惯导结合电子地图自主导航系统的研究重点，为了不断提高导航精度，导航系统已从依靠单一传感器发展到基于多传感器的组合导航系统。与此对应的导航系统核心部件一导航计算机的功能也日益复杂，其不仅要实现纯捷联解算、卡尔曼滤波、磁航向辅助算法等相对耗时的导航解算算法，同时还需要对外部的多传感器数据进行同步实时采集。通常多传感器导航系统中的外部传感器输出频率都不一致，这就要求导航计算机在满足导航解算实时性的前提下，实现多传感器数据采集的同步性，有关的采集周期和导航解算周期的时序控制也就成为了导航系统设计的关键。通常在对多路传感器的信号

8、进行并行处理时，采用的方法有传统的卡尔曼滤波、自适应滤波等141。卡尔曼滤波是处理动态定位数据的～种有效手段，充分利用以前的观测数据，根据线性最小方差原理，实现最优估计。3．2地图匹配地图匹配是一种基于软件技术的定位误差修正方法，其基本思想是将目标器定位信息与数字地图中的信息联系起来，并由此确定目标在地图中的位置。因此，地图匹配算法的效果直接关系到目标导航的精度，地图匹配技术是基于电子地图的导航系统成败的关键技术。经典的地形高度匹配算法主要有两类：一类是地形轮廓匹配(TERCOM)算法，另一类是采用扩展卡尔曼滤波技术的SITAN算法。TERCOM

9、算法是一种基于地形高度相关分析的批处理算法，在地形数据采集过程中要保证航向基本准确，不允许目标做机动运行。由于需要对地形高程序列进行后验