基于多傳感器信息融合的無(wú)人機(jī)自主精確導(dǎo)航技術(shù)

1、基于多傳感器信息融合的無(wú)人機(jī)自主精確導(dǎo)航技術(shù)1.無(wú)人機(jī)精確導(dǎo)航技術(shù)的基本概念1.無(wú)人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的主要任務(wù)是確定無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)位置和 速度等相關(guān)參數(shù)或信息。2.傳統(tǒng)的導(dǎo)航技術(shù)：(1)目前無(wú)人機(jī)多采用程控或遙控方式進(jìn)行導(dǎo)航，同時(shí)為了保證空中安全，還需將其限制在特定的區(qū)域和高度范圍內(nèi)飛行1 ，這種方式對(duì)領(lǐng)航設(shè)備或人員的壓力很大，并且容易丟失目標(biāo)；(2)由于環(huán)境的高度復(fù)雜和動(dòng)態(tài)不確定性，無(wú)人機(jī)飛行過程導(dǎo)航采用GPS作為保障，但因GPS具有的多種限制，使得很多特殊情況下無(wú)法達(dá)到理想的效果。3.基于多傳感器信息融合的精確導(dǎo)航技術(shù):它綜合利用了多種類型傳感器的不同特點(diǎn)，可以多方位全面獲取目標(biāo)不同屬性信息，提高了

2、自主導(dǎo)航系統(tǒng)在時(shí)間上和空間上的覆蓋范圍，提高了導(dǎo)航傳感器信息的使用效率并增加了信息的可信度2、基于多傳感器信息融合的無(wú)人機(jī)自主精確導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù) 首先根據(jù)無(wú)人機(jī)不同任務(wù)的特點(diǎn)和各種載荷確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合特定的輔助傳感器信息和平臺(tái)慣導(dǎo)信息進(jìn)行多傳感器信息融合，以獲取無(wú)人機(jī)精確導(dǎo)航信息，為飛行控制系統(tǒng)提供可靠輸入。多傳感器信息融合涉及誤差分析和精度分配、聯(lián)合濾波器以及圖像傳感器信息融合等。2.1自主導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)必須具有以下能力： (1) 自適應(yīng)接收和處理所有可用的導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)源； (2) 對(duì)導(dǎo)航信息進(jìn)行信息融合，提供精確的位置、速度、加速度和姿態(tài)等導(dǎo)航信息； (3) 全系統(tǒng)信息

3、余度控制與優(yōu)化，子系統(tǒng)故障診斷與隔離，提供最優(yōu)的多余度高精度導(dǎo)航信息，提供輔助決策能力。在導(dǎo)航方式的選擇上要滿足系統(tǒng)的可靠性、適應(yīng)性、實(shí)時(shí)性、精確性、抗干擾性、先進(jìn)性和技術(shù)成熟度等要求。只有自主導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到合理確定，知道過程中依靠什么樣的傳感器以什么樣的方式進(jìn)行組合，才可以進(jìn)一步分析實(shí)現(xiàn)傳感器信息融合以及自主精確導(dǎo)航等具體問題。2.2 誤差分析與精度分配技術(shù) 1.誤差分析：不同結(jié)構(gòu)的自主導(dǎo)航系統(tǒng)有其特定的工作模式，對(duì)于以慣性導(dǎo)航為主體的組合導(dǎo)航系統(tǒng)而言，從無(wú)人機(jī)平臺(tái)主慣導(dǎo)設(shè)備到各輔助導(dǎo)航設(shè)備之間存在多個(gè)工作環(huán)節(jié)。各個(gè)傳感器測(cè)量結(jié)果都滿足一定的精度范圍，各測(cè)量參數(shù)最終通過自主導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決

4、定的參數(shù)傳遞過程進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，繼而得到實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航所需要的位置、速度、姿態(tài)等重要參數(shù)。這個(gè)過程中，每個(gè)傳感器參數(shù)的測(cè)量誤差都可能對(duì)最終結(jié)果造成影響，誤差分析的作用是揭示所涉及各傳感器參數(shù)的測(cè)量誤差對(duì)最終導(dǎo)航參數(shù)計(jì)算結(jié)果的影響方式和影響程度。分析傳感器參數(shù)誤差影響時(shí)必須結(jié)合自主導(dǎo)航系統(tǒng)工作過程的具體特點(diǎn)2.精度分配技術(shù)：精度分配從本質(zhì)上講是以組合導(dǎo)航諸傳感器測(cè)量參數(shù)誤差傳遞過程模型為基礎(chǔ)的精度優(yōu)化過程，其目的是通過合理分配相關(guān) 傳感器的精度，使各個(gè)傳遞環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的測(cè)量精度在符合合理代價(jià)的前提下，共同達(dá)到自主導(dǎo)航所預(yù)定的精度需求。在根據(jù)自主導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定了傳感器測(cè)量參數(shù)誤差傳遞過程模型之后，便可以

5、采用各種優(yōu)化方法對(duì)問題求解。2.3 聯(lián)合濾波器技術(shù)組合導(dǎo)航是利用多種傳感器提供的互補(bǔ)信息來提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和冗余度的技術(shù)。無(wú)論采用何種配置（慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)、攝像機(jī)、多普勒測(cè)速儀、高度計(jì)等傳 感器間的優(yōu)化組合）構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，組合導(dǎo)航系統(tǒng)都需 要選擇一個(gè)最優(yōu)的在線信息融合策略將多種傳感器提供的信息進(jìn)行有效融合這正是非線性濾波器在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中所起的作用，即非線性濾波是組合導(dǎo)航系統(tǒng)中信息融合的基石。2.4 圖像傳感器信息融合 基于各種圖像傳感器信息的圖像匹配輔助或視覺信息輔助組合導(dǎo)航是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)智能化、高精度自主導(dǎo)航的主要途徑。從廣義的角度來講，面向無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航的圖像傳感器信息融合

6、包括多源圖像融合技術(shù)、圖像匹配技術(shù)。2.4.1多源圖像融合技術(shù)無(wú)人機(jī)機(jī)載圖像傳感器主要有光電傳感器、紅外傳感器、多光譜傳感器、超光譜傳感器、合成孔徑雷達(dá)、激光雷達(dá)等。通過不同的傳感器可實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、全天候成像，并能穿透云層、穿透植被和地表。采用圖像融合的方法，將不同傳感器獲得的同一景物的圖像或同一傳感器在不同時(shí)刻獲得的同一景物的圖像，經(jīng)過去噪、時(shí)間配準(zhǔn)、空間配準(zhǔn)和重采樣后再運(yùn)用某種融合技術(shù)得到一幅合成圖像。需要重點(diǎn)研究的問題包括機(jī)載多傳感器圖像融合預(yù)處理技術(shù)；機(jī)載SAR、可見光、紅外圖像融合技術(shù)；圖像融合效果評(píng)價(jià)；多源異質(zhì)圖像融合新理論和新方法等。2.4.2圖像匹配技術(shù)1.圖像匹配是將不同探測(cè)器、不同時(shí)相、不同角度所獲得的兩幅或多幅圖像進(jìn)行包括空間意義或時(shí)間意義上的最佳對(duì)應(yīng)。2.圖像匹配可以看作四種要素的選擇問題：特征空間，搜索空間，搜索策略，相似性度量標(biāo)準(zhǔn)。特征空間指從圖像中提取出來的用來匹配的信息；搜索空間則是指用來校準(zhǔn)圖像的圖像轉(zhuǎn)換集；搜索策略決定如何在搜索空間中選擇下一個(gè)轉(zhuǎn)換，如何測(cè)試并搜索出最優(yōu)的轉(zhuǎn)換；相似度測(cè)量則決定了每一個(gè)配準(zhǔn)測(cè)試中的相關(guān)特性