一種基于ins/gps/sar的聯合導航方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于目標識別和導航信息技術領域，尤其涉及一種基于INS/GPS/SAR的聯合導航方法。
【背景技術】
[0002]目前，無人機載SAR(合成孔徑雷達)數據采集系統多采用INS (慣性導航)/GPS(全球定位系統)導航方法。當采用INS/GPS導航時，能夠依靠INS、GPS導航系統所提供的冗余信息有限，導致系統容錯能力不強。而且，由于GPS信號易被干擾以及我國沒有GPS的所有權，致使導航系統不穩定和自主性較弱。
[0003]對于無人機載SAR數據采集系統，由于無人機機體小、飛行高度低、受空氣氣流影響大，其運動平穩性很難達到到SAR成像所要求的運動狀態。因此，在數據采集過程中，需要對無人機載SAR數據采集系統進行運動誤差補償，以控制無人機和天線波束的平穩性。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種導航系統目標特征向量的維數多、可增加導航信息的冗余度、提高系統的容錯能力、自主性和穩定性的基于INS/GPS/SAR的聯合導航方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:一種基于INS/GPS/SAR的聯合導航方法，包括以下步驟，
(1)、將INS、GPS接收機和SAR傳感器并聯安裝到無人機上的合適位置；INS/GPS/SAR組合導航系統由目標識別和導航信息融合兩大部分構成；目標識別部分由目標模板、圖像匹配和SAR傳感器構成；導航信息融合部分由INS、GPS接收機、SAR傳感器、圖像匹配、數字地圖數據庫、SAR視區及定位參數計算、濾波器構成；其中，數字地圖數據庫中存儲有飛行區域的地形高度信息、障礙物目標點的位置信息、威脅區域信息、地標信息；
(2)、將校正后的SAR實時圖像與從數字地圖數據庫中查詢到的相應于SAR測繪區域的地圖進行圖像匹配，得到INS的位置航向偏差，并將位置航向偏差作為觀測量輸入到濾波器與其他觀測量一起進行濾波；
(3)、將GPS接收機獲得的載體實時位置和速度等信息，與來自INS的相應信息進行比較，得到GPS測量偏差，并將GPS測量偏差作為觀測量輸入到濾波器，與其他觀測量一起進行濾波；
(4)、濾波器將來自GPS的測量偏差和來自圖像匹配的INS位置航向偏差進行融合，計算出導航誤差估計值，從而校正INS并獲得準確的導航解，利用這些導航解校正系統中的傳感器誤差，為控制系統提供決策信息，從而使無人機按著預置的路線飛行，實現精確導航。
[0006]采用上述技術方案，本發明將GPS和INS分別利用各自的濾波器，解算位置和速度參量，并把GPS地理位置和速度輸入INS的濾波器，以約束INS的積累誤差，同時，INS的位置和速度被換算成衛星到用戶的偽距和偽距變化率后，輸入到GPS接收機，作為碼環的輔助和捕獲?目息。
[0007]本發明將SAR引入到INS/GPS導航系統中，利用全天候獲取的高分辨率SAR圖像和機載地圖數據庫為INS提供位置修正信息，同時，組合系統也可以提供SAR運動補償所需參量的最優值，形成INS/GPS/SAR聯合導航系統。該系統增加了導航系統目標特征向量的維數，而且增加了導航信息的冗余度，提高了系統的容錯能力、自主性和穩定性。
[0008]本發明對無人機載SAR數據采集系統，采用INS/GPS進行導航，其容錯能力和自主性性差，且不穩定。充分利用INS、GPS和SAR的優點，把INS、GPS和SAR進行組合，把各種導航設備有機、協調地組合在一起，集各種導航方法優點于一體，同時利用數字地圖，形成容錯能力強、自主性和抗干擾很強的高精度導航系統。
[0009]本發明采用INS/GPS/SAR聯合導航方法，利用獲得的SAR圖像信息與事先準備好的數字地圖或景象信息進行比較和辨識，可以確定無人機的即時位置，同時，利用GPS獲得的精確位置信息與INS信息進行比較，對定位誤差進行修正，而且INS的即時位置信息又可以幫助確定SAR圖像信息和數字地圖進行匹配的大致范圍，另外，可以利用INS提供的速度和姿態信息進行運動補償，以提高SAR成像的質量。
[0010]綜上所述，本發明具有以下創新效果:
1、從SAR圖像中自動、可靠地提取地形特征；
2、從數字地圖中形成地圖圖像，并自動預測SAR地形特征；
3、精確地地形偏差估計和融合；
4、自動初始捕捉和匹配；
5、導航容錯能力、自主性和可靠性強。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明原理示意圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，本發明的一種基于INS/GPS/SAR的聯合導航方法，包括以下步驟，
(1)、將INS、GPS接收機和SAR傳感器并聯安裝到無人機上的合適位置；INS/GPS/SAR組合導航系統由目標識別和導航信息融合兩大部分構成；目標識別部分由目標模板、圖像匹配和SAR傳感器構成；導航信息融合部分由INS、GPS接收機、SAR傳感器、圖像匹配、數字地圖數據庫、SAR視區及定位參數計算、濾波器構成；其中，數字地圖數據庫中存儲有飛行區域的地形高度信息、障礙物目標點的位置信息、威脅區域信息、地標信息；
(2)、將校正后的SAR實時圖像與從數字地圖數據庫中查詢到的相應于SAR測繪區域的地圖進行圖像匹配，得到INS的位置航向偏差，并將位置航向偏差作為觀測量輸入到濾波器與其他觀測量一起進行濾波；
(3)、將GPS接收機獲得的載體實時位置和速度等信息，與來自INS的相應信息進行比較，得到GPS測量偏差，并將GPS測量偏差作為觀測量輸入到濾波器，與其他觀測量一起進行濾波；
(4)、濾波器將來自GPS的測量偏差和來自圖像匹配的INS位置航向偏差進行融合，計算出導航誤差估計值，從而校正INS并獲得準確的導航解，利用這些導航解校正系統中的傳感器誤差，為控制系統提供決策信息，從而使無人機按著預置的路線飛行，實現精確導航。
[0013]本實施例并非對本發明的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于INS/GPS/SAR的聯合導航方法，其特征在于:包括以下步驟， (1)、將INS、GPS接收機和SAR傳感器并聯安裝到無人機上的合適位置；INS/GPS/SAR組合導航系統由目標識別和導航信息融合兩大部分構成；目標識別部分由目標模板、圖像匹配和SAR傳感器構成；導航信息融合部分由INS、GPS接收機、SAR傳感器、圖像匹配、數字地圖數據庫、SAR視區及定位參數計算、濾波器構成；其中，數字地圖數據庫中存儲有飛行區域的地形高度信息、障礙物目標點的位置信息、威脅區域信息、地標信息； (2)、將校正后的SAR實時圖像與從數字地圖數據庫中查詢到的相應于SAR測繪區域的地圖進行圖像匹配，得到INS的位置航向偏差，并將位置航向偏差作為觀測量輸入到濾波器與其他觀測量一起進行濾波； (3)、將GPS接收機獲得的載體實時位置和速度等信息，與來自INS的相應信息進行比較，得到GPS測量偏差，并將GPS測量偏差作為觀測量輸入到濾波器，與其他觀測量一起進行濾波； (4)、濾波器將來自GPS的測量偏差和來自圖像匹配的INS位置航向偏差進行融合，計算出導航誤差估計值，從而校正INS并獲得準確的導航解，利用這些導航解校正系統中的傳感器誤差，為控制系統提供決策信息，從而使無人機按著預置的路線飛行，實現精確導航。
【專利摘要】一種基于INS/GPS/SAR的聯合導航方法，包括以下步驟，將INS、GPS接收機和SAR傳感器并聯安裝到無人機上的合適位置；進行圖像匹配，得到INS的位置航向偏差，并將位置航向偏差作為觀測量輸入到濾波器與其他觀測量一起進行濾波；得到GPS測量偏差，并將GPS測量偏差作為觀測量輸入到濾波器，與其他觀測量一起進行濾波；濾波器將來自GPS的測量偏差和來自圖像匹配的INS位置航向偏差進行融合，計算出導航誤差估計值。本發明從SAR圖像中自動、可靠地提取地形特征；從數字地圖中形成地圖圖像，并自動預測SAR地形特征；精確地地形偏差估計和融合；自動初始捕捉和匹配；導航容錯能力、自主性和可靠性強。
【IPC分類】G01S19-47, G01S13-90, G01S19-45, G01C21-16
【公開號】CN104777499
【申請號】CN201510169946
【發明人】李長春, 郭增長, 王雙亭, 張合兵, 李建委
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月13日