CN104777499A - 一种基于ins/gps/sar的联合导航方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于INS/GPS/SAR的联合导航方法，包括以下步骤，将INS、GPS接收机和SAR传感器并联安装到无人机上的合适位置；进行图像匹配，得到INS的位置航向偏差，并将位置航向偏差作为观测量输入到滤波器与其他观测量一起进行滤波；得到GPS测量偏差，并将GPS测量偏差作为观测量输入到滤波器，与其他观测量一起进行滤波；滤波器将来自GPS的测量偏差和来自图像匹配的INS位置航向偏差进行融合，计算出导航误差估计值。本发明从SAR图像中自动、可靠地提取地形特征；从数字地图中形成地图图像，并自动预测SAR地形特征；精确地地形偏差估计和融合；自动初始捕捉和匹配；导航容错能力、自主性和可靠性强。

Description

一种基于INS/GPS/SAR的联合导航方法
技术领域
本发明属于目标识别和导航信息技术领域，尤其涉及一种基于INS/GPS/SAR的联合导航方法。
背景技术
目前，无人机载SAR（合成孔径雷达）数据采集系统多采用INS（惯性导航）/GPS（全球定位系统）导航方法。当采用INS/GPS导航时，能够依靠INS、GPS导航系统所提供的冗余信息有限，导致系统容错能力不强。而且，由于GPS信号易被干扰以及我国没有GPS的所有权，致使导航系统不稳定和自主性较弱。
对于无人机载SAR数据采集系统，由于无人机机体小、飞行高度低、受空气气流影响大，其运动平稳性很难达到到SAR 成像所要求的运动状态。因此，在数据采集过程中，需要对无人机载SAR 数据采集系统进行运动误差补偿，以控制无人机和天线波束的平稳性。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种导航系统目标特征向量的维数多、可增加导航信息的冗余度、提高系统的容错能力、自主性和稳定性的基于INS/GPS/SAR的联合导航方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于INS/GPS/SAR的联合导航方法，包括以下步骤，
（1）、将INS、GPS接收机和SAR传感器并联安装到无人机上的合适位置；INS/GPS/SAR组合导航系统由目标识别和导航信息融合两大部分构成；目标识别部分由目标模板、图像匹配和SAR传感器构成；导航信息融合部分由INS、GPS接收机、SAR传感器、图像匹配、数字地图数据库、SAR视区及定位参数计算、滤波器构成；其中，数字地图数据库中存储有飞行区域的地形高度信息、障碍物目标点的位置信息、威胁区域信息、地标信息；
（2）、将校正后的SAR实时图像与从数字地图数据库中查询到的相应于SAR测绘区域的地图进行图像匹配，得到INS的位置航向偏差，并将位置航向偏差作为观测量输入到滤波器与其他观测量一起进行滤波；
（3）、将GPS接收机获得的载体实时位置和速度等信息，与来自INS的相应信息进行比较，得到GPS测量偏差，并将GPS测量偏差作为观测量输入到滤波器，与其他观测量一起进行滤波；
（4）、滤波器将来自GPS的测量偏差和来自图像匹配的INS位置航向偏差进行融合，计算出导航误差估计值，从而校正INS并获得准确的导航解，利用这些导航解校正系统中的传感器误差，为控制系统提供决策信息，从而使无人机按着预置的路线飞行，实现精确导航。
采用上述技术方案，本发明将GPS和INS分别利用各自的滤波器，解算位置和速度参量，并把GPS地理位置和速度输入INS的滤波器，以约束INS的积累误差，同时，INS的位置和速度被换算成卫星到用户的伪距和伪距变化率后，输入到GPS接收机，作为码环的辅助和捕获信息。
本发明将SAR引入到INS/GPS导航系统中，利用全天候获取的高分辨率SAR图像和机载地图数据库为INS提供位置修正信息，同时，组合系统也可以提供SAR运动补偿所需参量的最优值，形成INS/GPS/SAR联合导航系统。该系统增加了导航系统目标特征向量的维数，而且增加了导航信息的冗余度，提高了系统的容错能力、自主性和稳定性。
本发明对无人机载SAR数据采集系统，采用INS/GPS进行导航，其容错能力和自主性性差，且不稳定。充分利用INS、GPS和SAR的优点，把INS、GPS和SAR进行组合，把各种导航设备有机、协调地组合在一起，集各种导航方法优点于一体，同时利用数字地图，形成容错能力强、自主性和抗干扰很强的高精度导航系统。
本发明采用INS/GPS/SAR联合导航方法，利用获得的SAR图像信息与事先准备好的数字地图或景象信息进行比较和辨识，可以确定无人机的即时位置，同时，利用GPS获得的精确位置信息与INS信息进行比较，对定位误差进行修正，而且INS的即时位置信息又可以帮助确定SAR图像信息和数字地图进行匹配的大致范围，另外，可以利用INS提供的速度和姿态信息进行运动补偿，以提高SAR成像的质量。
  综上所述，本发明具有以下创新效果：
1、从SAR图像中自动、可靠地提取地形特征；
2、从数字地图中形成地图图像，并自动预测SAR地形特征；
3、精确地地形偏差估计和融合；
4、自动初始捕捉和匹配；
5、导航容错能力、自主性和可靠性强。
附图说明
图1是本发明原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种基于INS/GPS/SAR的联合导航方法，包括以下步骤，
（1）、将INS、GPS接收机和SAR传感器并联安装到无人机上的合适位置；INS/GPS/SAR组合导航系统由目标识别和导航信息融合两大部分构成；目标识别部分由目标模板、图像匹配和SAR传感器构成；导航信息融合部分由INS、GPS接收机、SAR传感器、图像匹配、数字地图数据库、SAR视区及定位参数计算、滤波器构成；其中，数字地图数据库中存储有飞行区域的地形高度信息、障碍物目标点的位置信息、威胁区域信息、地标信息；
（2）、将校正后的SAR实时图像与从数字地图数据库中查询到的相应于SAR测绘区域的地图进行图像匹配，得到INS的位置航向偏差，并将位置航向偏差作为观测量输入到滤波器与其他观测量一起进行滤波；
（3）、将GPS接收机获得的载体实时位置和速度等信息，与来自INS的相应信息进行比较，得到GPS测量偏差，并将GPS测量偏差作为观测量输入到滤波器，与其他观测量一起进行滤波；
（4）、滤波器将来自GPS的测量偏差和来自图像匹配的INS位置航向偏差进行融合，计算出导航误差估计值，从而校正INS并获得准确的导航解，利用这些导航解校正系统中的传感器误差，为控制系统提供决策信息，从而使无人机按着预置的路线飞行，实现精确导航。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于INS/GPS/SAR的联合导航方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）、将INS、GPS接收机和SAR传感器并联安装到无人机上的合适位置；INS/GPS/SAR组合导航系统由目标识别和导航信息融合两大部分构成；目标识别部分由目标模板、图像匹配和SAR传感器构成；导航信息融合部分由INS、GPS接收机、SAR传感器、图像匹配、数字地图数据库、SAR视区及定位参数计算、滤波器构成；其中，数字地图数据库中存储有飞行区域的地形高度信息、障碍物目标点的位置信息、威胁区域信息、地标信息；
（2）、将校正后的SAR实时图像与从数字地图数据库中查询到的相应于SAR测绘区域的地图进行图像匹配，得到INS的位置航向偏差，并将位置航向偏差作为观测量输入到滤波器与其他观测量一起进行滤波；
（3）、将GPS接收机获得的载体实时位置和速度等信息，与来自INS的相应信息进行比较，得到GPS测量偏差，并将GPS测量偏差作为观测量输入到滤波器，与其他观测量一起进行滤波；
（4）、滤波器将来自GPS的测量偏差和来自图像匹配的INS位置航向偏差进行融合，计算出导航误差估计值，从而校正INS并获得准确的导航解，利用这些导航解校正系统中的传感器误差，为控制系统提供决策信息，从而使无人机按着预置的路线飞行，实现精确导航。
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