地形匹配导航.ppt

系统(Terrain Contour Matching)
☆★☆王萌
系统
称为地形轮廓匹配系统,也称为地形等高线匹配技术,是美国E系统公司于20世纪70年代研制的。该系统采用的匹配算法为断续的批相关处理技术,是批相关处理技术的典型代表。系统通过巡航导弹飞越特定地区(称为修正区,或者匹配区)采集的实时地形剖面数据(实时图),与预先存储的地形数据(基准图)问的相关,来获取巡航导弹的位置信息,以此为依据来修正惯导系统的误差。
战场
BGM-109C/D
使用数量
海湾
253枚
科索沃
218枚
TAN是利用地形和地物特征进行导航的总概念。它和卫星导航、惯性导航等构成了当今重要的军事导航技术领域。
在这个总概念下,发达国家已研制了多种不同的TAN系统。
地形辅助导航(TAN)
传统的地形辅助导航系统主要分为两大类:
一是基于地形相关的匹配算法,(Terrain Contour atching)系统为代表,该系统采用的匹配算法为断续的批相关处理技术;
一类是基于特征相关的匹配算法,此类以SITAN (Sandia Inertial Terrain Aided Navigation)系统为代表,该系统采用的匹配算法为递推滤波处理技术。
地形辅助导航(TAN)
最优导航状态
INS误差
最优估值
INS
导航状态
气压高度表
气压/惯性滤波器
雷达高度表
地形高程数据库
相关算法
Kalman滤波器
INS
h
INS
计算位置
INS
计算位置
按实测高程计算的位置
算法,即地形轮廓匹配算法,其原理框图如下图所示。气压式高度表经惯性平滑后所得绝对高度和雷达高度表实测相对高度相减得到实际高程剖面或序列,与根据INS位置信息和地形高程数据库所得的计算地形高程剖面(序),按一定算法作相关分析,所得相关极值点(即有最好拟合的点)对应的位置就是匹配后的真实位置。再采用卡尔曼滤波技术,与GPS/INS的位置组合模式类似,利用位置误差的观测量对INS位置误差、速度误差、陀螺漂移误差以及平台误差角做出估计,从而对INS的导航状态进行修正,得到最优导航状态。
系统工作步骤
(1)实测地形高程剖面
巡航导弹飞行时,雷达高度表和气压高度表按一定的频率采集当前位置的离地高度和海拔高度,二者相减即得地形高程。当巡航导弹飞过一段积累距离之后,即获得一条实测的地形高程剖面。系统每次修正所用的飞行路径的长度,算法的一个重要参数。积累距离L的选择必须满足一定的条件,积累距离要选的足够长,这样实测地形剖面的特征才会明显,才有可能在相关分析中获得一个精确的、唯一的极值点;同时,积累长度又要选的足够短,以便使各次定位之间的漂移保持最小,积累长度过长会使导航系统指示的飞行路径变形。一般情况下,积累长度与地形相关长度之比至少应等于4,在高噪声环境下最好接近10。
(2)从地图中提取剖面
获得实测地形剖面后,即以导航系统估算的最后位置为中心画出一个选定大小的网格化的不确定区域,该不确定区域的大小应根据导航系统的误差幅度来确定, 以确保巡航导弹的真实位置位于该区域之中。依次将不确定区域内的每个网格点视为端点,从数字地图中提取一条与导航系统指示位置相平行的地形剖面,获得的地形剖面的数目等于不确定区域内的网格个数。
(3)相关分析
相关分析主要是确定一种性能指标,用以检验从数字地图中提取的各地形剖面与实测地形剖面的相关程度,从中选出相关程度最高的一条作为最佳匹配剖面。有三种算法可作为性能指标。
它们是互相关(COR—Cross Correlation)算法、平均绝对差(MAD—Mean Absolute Diference)算法以及均方差(MSD—Mean Square Difference)算法。
这三种算法的定义分别为:
4)修正导航系统
在获得相关定位之后,即可对导航系统进行修正,方法就是重新把导航系统的位置指示修正到相关定位点。