【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机导航，尤其涉及一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法及系统。
技术介绍
1、惯性导航优缺点。惯性导航在不依赖任何外部信息条件下能以较快的更新频率解算得到全导航参数，这是其它任何导航手段所不具备的。但缺点是水平定位精度会随时间累积逐渐发散且高度通道是不稳定的不能长时间单独使用。卫星导航的优点是全天时、定位误差有界，但抗干扰能力差是其最大的不足。因此，目前无人飞行器多采用基于惯性的组合导航设计方案，其中“惯性+卫导”组合最为常用，这样可以用卫星导航的三维定位数据修正惯导在各通道上的发散。但卫星导航抗干扰能力差，极容易被干扰导航定位失效，尤其在战时环境下，卫导拒止情形的出现是一定的，若没有其它替代技术，这对飞行器长时间航行而言是致命的。
2、航向角测量困难。即使在正常使用环境下，若没有直接航向测量手段，由于可观测性弱等原因，通过组合导航估计航向角也相对困难。目前获取航向角有直接测量和间接测量两类：直接法如gnss双天线测向，间接法主要是通过基于惯性的多传感器融合间接求解。直接法优点是操作简单，缺点是成本高、数据更新频率低且容易受干扰。间接法一般是建立组合导航模型通过滤波得到，在传统的ins/gnss组合导航系统中，由于航向角相关的误差状态可观测性很弱且收敛速度慢容易发散,导致航向角估计比较困难，在组合导航系统中加入磁力计可抑制航向的发散，但磁力计直接测量解算是磁航向角，而非真北航向，两者相差的磁偏角也是一个随地理位置而变化的量，而且磁力计非常容易受外界干扰，所以磁航向的测量精度是不可控的，
3、由上述分析，在卫星信号受干扰情况下找到可靠的卫导替代方案，具有非常重要的现实工程意义。景象匹配导航自主性强、全天候、定位精度较高，是一种比较理想的辅助导航系统。专利申请号为cn107014380b的专利技术专利可实现测速，通过图像序列估算速度作为量测信息再与惯性数做融合，该方法简单可行，但因为只有速度量测对组导航系统的航向修正很弱，导航参数的收敛直接取决于速度估算的精度鲁棒性不高，且无法得到高度通道信息；专利申请号为cn113624231a、cn111504323a、cn102353377a等的专利技术专利可实现定位，只能得到经纬度位置信息，但无法得到高度和航向信息；专利申请号为cn114216454a的专利技术可实现定位和测速，通过景象匹配可得到经纬度位置信息和水平速度，但速度求解过程非常依赖于飞机自身的航向信息，而航向的获取本身就比较困难，对mems低精度惯导更是如此，同样无法得到高度信息。
4、综上，在卫星导航拒止环境下，现有的基于惯性的组合导航系统，仍存在以下不足：若没有其它辅助导航系统，纯惯性定位发散，高度通道发散；采用景象匹配导航替代卫星导航，目前只能实现载体定位或测速功能，无法解决无人飞行器的定向和定高；景象匹配过程太依赖于飞行器自身的姿态和航向等外部信息。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，本专利技术公开了一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法及系统。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，所述方法用于飞行器导航，所述导航方法包括：
4、s1.使用景象匹配导航得到无人飞行器的水平位置、水平速度和真北航向；
5、s2.使用气压高度表测量得到气压高，将气压高换算成高度；
6、s3.使用惯性导航解算得到三维位置和三维速度；
7、s4.将景象匹配导航得到的水平位置和水平速度、气压高度表测量得到的高度作为量测，并与惯性导航解算得到的三维位置和三维速度一同作为卡尔曼滤波器的输入；
8、s5.卡尔曼滤波器进行估计后得到飞行器的姿态、速度和位置的误差估计量；
9、s6.使用误差估计量校正惯性导航的姿态、速度、位置信息，得到组合导航参数。
10、进一步地，s5所述估计包括：将导航误差作为状态向量x，所述状态向量x为15维：
11、
12、式中φt为姿态失准角、(δvn)t为速度误差、(δp)t为位置误差、(εb)t为陀螺仪漂移、为加速度计零偏，观测量为位置误差和水平速度误差。
13、进一步地，s1所述景象匹配导航包括：
14、s1.1在飞行器中预存飞行器作业任务区域的卫星地图，所述预存地图为基准图；
15、s1.2在飞行过程中，通过成像设备实时采集飞行器下方地面影像，所述影像为实时图，所述实时图与相邻帧的时间间隔为几十毫秒；
16、s1.3在所述基准图中找到与所述实时图匹配的同名区域或同名点对，解算得到经纬度和相似变换矩阵；
17、s1.4由所述相似变换矩阵得到所述实时图相对于所述基准图的旋转角α，即地理北向方位角，实现定位和定向；
18、s1.5在实现定位和定向同时，通过对所述实时图和相邻帧求解相似变换矩阵，得到像素速度vpxl，结合实时图的采集间隔时间和地面采样距离，换算得到飞行器的对地速度，实现测速。
19、进一步地，s1.3所述基准图中找到与所述实时图匹配的同名区域或同名点对的步骤为：
20、s1.3.1预处理模块对基准图与实时图进行灰度化、尺度变换和畸变校正处理；
21、s1.3.2对基准图和实时图进行特征提取；
22、s1.3.3对基准图和实时图提取到的特征进行特征描述，以增加特征之间的区分度；
23、s1.3.4对获得的描述子做相似性或差别性度量，找到可能的匹配点对；
24、s1.3.5对特征匹配模块一中获得的匹配点对做误匹配剔除,得到了基准图与实时图的特征匹配同名区或匹配点对。
25、进一步地，s1.3.1所述尺度变换是统一基准图与实时图的地面采样距离，所述畸变校正是消除实时图因为飞行器姿态变化产生的几何畸变。
26、进一步地，s1.3.2所述特征提取的算法为：
27、使用基于小波变换的log-gabor滤波器计算基准图与实时图的相位一致性，计算公式如下，
28、
29、其中，
30、pc(x,y)为相位一致性强度，
31、wo(x,y)为权重函数，
32、aso(x,y)为尺度s方向o的小波变换后的幅度，
33、δφso(x,y)为相位偏差函数，
34、t为噪声补偿项，
35、ξ为一小量，防止分母为0，
36、为一种算子防止表达式出现负值，当值为负时取0；
37、得到基准图的相位一致性度量pcⅰ、实时图的相位一致性度量pcⅱ，分别计算pcⅰ和pcⅱ的最大矩图m、最小矩图m，在m上使用fast算法做边缘特征点检测，在m上使用harris做角点特征点检测，将边缘点与角点合并作为最终特征点。
38、进一步地，s1.3.4所述度量的方法为相似性度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，所述方法用于飞行器导航，其特征在于，所述导航方法包括：
2.根据权利要求1所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，S5所述估计包括：将导航误差作为状态向量X，所述状态向量X为15维：
3.根据权利要求2所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，S1所述景象匹配导航包括：
4.根据权利要求3所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，S1.3所述基准图中找到与所述实时图匹配的同名区域或同名点对的步骤为：
5.根据权利要求4所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，S1.3.1所述尺度变换是统一基准图与实时图的地面采样距离，所述畸变校正是消除实时图因为飞行器姿态变化产生的几何畸变。
6.根据权利要求4所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，S1.3.2所述特征提取的算法为：
7.根据权利要求4所述一种卫导拒止环境下基
8.根据权利要求4所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，S1.3.5所述误匹配剔除采用快速抽样一致性FSC剔除误匹配点。
9.根据权利要求3所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，S1.5所述测速的过程包括：
10.一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航系统，其特征在于，所述系统执行如权利要求1-9任一项所述导航方法，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，所述方法用于飞行器导航，其特征在于，所述导航方法包括：
2.根据权利要求1所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，s5所述估计包括：将导航误差作为状态向量x，所述状态向量x为15维：
3.根据权利要求2所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，s1所述景象匹配导航包括：
4.根据权利要求3所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，s1.3所述基准图中找到与所述实时图匹配的同名区域或同名点对的步骤为：
5.根据权利要求4所述一种卫导拒止环境下基于惯性的多源信息融合组合导航方法，其特征在于，s1.3.1所述尺度变换是统一基准图与实时图的地面采样距离，所述畸变校正是消除实时图因...
【专利技术属性】
技术研发人员：李健，张栋，卢月亮，杨培科，赵文俊，
申请(专利权)人：航天时代飞鸿技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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