地形辅助导航技术的研究
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图 ２ 系 统 工作 的主要 流 程
扩展 Ｋａ ｎ被 用作状态估 计 。数字地 图的制作方 法有可 以 ｌ ｍａ 采用 以下几种方法 ： （） 用大地测量 的方法直接 从地形上测 出高程； １采 （） ２ 利用航 空摄 影测量 照片 ，采用数 字 高程判 读仪从 ２
张 对 应 的 照 片 上 读 取 高程 ；
国的道尼尔 公司等 。 总 的来说 ， 导航技术 是一 项军 民两用 技术 ， 中惯性 技 其 术和 地形辅助 导航技术与 军用 的关系更 为密切 。即便 如此 ， 它们 也正在积 极开拓商用市场 ， 除大型客机都 装备惯导系统 外， 未来 的轿 车应用将有 可能 为惯 性技术提供一个 大的市场 份额 。 ３ ．系统关键技术 地形辅助 导航 系统 工作的主要流程 如图 ２所示 。 在实际
应用 中， 了计 算机技术外 ， 除 还有几 项主要环 节和关键技术
作者简介： 毓 ， ， 刘 男 四川 内江人 ， 士 ， 究方 向 ： 达信 号 处理 、 硕 研 雷 高灵敏 度 Ｇ Ｓ定 位技 术 。 Ｐ 基 金项 目 ： 庆 市教 委 科 学技 术 研 究项 目， 目编 号 ： Ｊ０ １４ 重 项 Ｋ １１ １。
［ 摘
要 ］ 介 绍 了地 形 辅
字地 图、 实测 高 程 数 据 采 集 、 存
进 行 了论 证 。 百度文库
［ 关键字 ］ 地 形辅助导航
１ 引言 ．
图 １ 示， 所 基本构 成为 ： １ 主 导航系统 （ ） （） （） Ｉ ；２ 雷达高度 ＮＳ 表 ；３ 气 压 高度表 ；４ （） （）大容量 存储 器 ；５ （）导航 计算 机 ；６ （） 数字相 关器 ；７ 地形相 关算法和地 图数据调度 的软件 。 （）
所谓地 形辅 助导 航 ，实质 是 由惯性 系统 与无 线 电高度 表和数 字地 图构成 的组合 导航 系统［ １ ］ 。地形 辅助 导航 作为一 种新 型导 航系 统之所 以引起人 们 的广 泛 注意 ，是 因为 它在 海湾战争 、 科索 沃战争 中发挥 了良好 的实战应用 效果。地 形 辅助 导航系 统采用 了当今 电子技 术 的最新 成果 ，从 而把 军 事导航 性能提 高到 一个新 的高度 。该系 统有着 广泛 的应 用 前景 ， 它不 仅 能用 于低 空飞 行 ，而且 还用 于 海上 和 陆地 航 行。 促使地 形辅助导航 系统迅速发 展和成 熟的因素有很 多 ， 除 了计算机技 术的迅速 发展之 外，还有 几项关 键技术 ， 文 本
置 的地形 高度与 实测 的地形 高度值 相等 或相近 ，在相 似 的
地 形和平坦 地形 区域更 是如 此 ，这 样一 个地 形高度 的实 时 测 量值便 可能和 多个地 理位 置的地 形高度 相近 ，为 了从这 多个地理位 置 中确 定真 正 的匹配位 置就 需要沿着 飞行 路径 连 续测量 飞行器正 下方 的地形 高度 。通过 这些地 形 高度 的
将对此进行详 细介绍 。 ２ ．系 统 原 理 、 构 及 应 用 结 ２ １ 系 统 原 理 ．
图 】 系统 总 结 构
地形 辅助 导 航系 统 的原 理 ： 飞行 器在 飞 越航 线 上某 些特 定的地形 区域 时 ，利 用雷达 高度 表和气 压 高度表 等设 备测 量飞行器 正下 方 的地 形高 度值 ，海拔 高度和 离地 高度 之差便 是地形高度 。离地 高度一般 由雷达高度表 测量 ， 而海
地 图 ， 地 图本 质 上 是 地 形 高 度 关 于 地 理 位 置 的 函 数 。通 过 该
已对 该项技术进行 了成功 的试 飞验证 ， 进一步 的改装计划 尚
在考虑 中， 今后 主要 的应用 形式是与惯性 系统 的组 合。 目前 ， 世界上研 制地形辅助 导航 的公 司主要有 ： 国的桑迪 亚实验 美
２ ３ 系 统 应 用 ．
地 形辅 助导航 是 ８ ０年代 初 出现 的一种 新 型导航 系统 ， 除 导航外 ， 还具有 对军 事需求 至关 重要 的一些用 途 ， 它 如地 形跟 随、 地形 回避和威胁 回避等 。前几年 ， 一１ Ｆ ６和 ” 狂风 ”
拔 高度 值 由气 压高度 表给 出 ，这 样 飞行器便 可 自主测 出正 下方 的地形 高度值 。飞行器 上存储 有 事先测 绘 的数 字 高程
增加地 图数据 的 能力 ，用 最新 生成 的地 图来 抑制惯 导 的漂 移， 也就 是实时构建 地图并在地 图中定位 目标 的位置 。我们 采 用 Ｓ Ａ 算 法来 解 决这 一 问题 ， Ｌ Ｍ 算法 的数 学 结构 Ｌ Ｍ ＳＡ 是基 于过程估计 。给 出一个 目标和相应观 测的动态模型 ， 在 创建 的地 图内估计 地 图的结构和 目标 的位 置、速度及方 向，
测 量值序列 和来 自 Ｉ ＮＳ的导航 信息 ， 比如 带有误 差 的飞行
器 位置 、 度和 方 向信息 ， 速 就有 可 能排 除错 误 的地 理位 置 、 确定 飞行器 地理位置 唯一的估计值 。这 样 ， 用飞行器 的航 利 向、 速度 、 拔高度 、 海 离地 高度 的测量 值 便可 自主 连 续地 计 算 出飞行器 的三维位 置的估计值 。 ２ ２ 系统 结构 ．
室 、 系 统 公 司 、 克 萨 斯 仪 器 公 司 、 克 韦 尔 公 司 等 ； 国 Ｅ 德 洛 英 的 Ｂ Ｅ公司 、 Ｅ Ａ Ｇ Ｃ一 马可 尼 公 司 ； 法 国 的 Ｓ Ｇ Ｍ 公 司 ； Ａ Ｅ 德
对地形 高度的实 时测 量值和 参考地 图的高度 数据进 行 匹配
得 出飞行器 的地 理位 置 。在 参考地 图中可能 有多个 地理位
３ １ 位 置 估 计 ．
位置 估计算 法是惯 导结合 电子 地 图 自主导 航系统 的研 究重点 ， 了不断提 高导航精 度 ， 航系 统 已从 依靠单 一传 为 导
扩展 Ｋａ ｎ被 用作状态估 计 。数字地 图的制作方 法有可 以 ｌ ｍａ 采用 以下几种方法 ： （） 用大地测量 的方法直接 从地形上测 出高程； １采 （） ２ 利用航 空摄 影测量 照片 ，采用数 字 高程判 读仪从 ２
张 对 应 的 照 片 上 读 取 高程 ；
国的道尼尔 公司等 。 总 的来说 ， 导航技术 是一 项军 民两用 技术 ， 中惯性 技 其 术和 地形辅助 导航技术与 军用 的关系更 为密切 。即便 如此 ， 它们 也正在积 极开拓商用市场 ， 除大型客机都 装备惯导系统 外， 未来 的轿 车应用将有 可能 为惯 性技术提供一个 大的市场 份额 。 ３ ．系统关键技术 地形辅助 导航 系统 工作的主要流程 如图 ２所示 。 在实际
应用 中， 了计 算机技术外 ， 除 还有几 项主要环 节和关键技术
作者简介： 毓 ， ， 刘 男 四川 内江人 ， 士 ， 究方 向 ： 达信 号 处理 、 硕 研 雷 高灵敏 度 Ｇ Ｓ定 位技 术 。 Ｐ 基 金项 目 ： 庆 市教 委 科 学技 术 研 究项 目， 目编 号 ： Ｊ０ １４ 重 项 Ｋ １１ １。
［ 摘
要 ］ 介 绍 了地 形 辅
字地 图、 实测 高 程 数 据 采 集 、 存
进 行 了论 证 。 百度文库
［ 关键字 ］ 地 形辅助导航
１ 引言 ．
图 １ 示， 所 基本构 成为 ： １ 主 导航系统 （ ） （） （） Ｉ ；２ 雷达高度 ＮＳ 表 ；３ 气 压 高度表 ；４ （） （）大容量 存储 器 ；５ （）导航 计算 机 ；６ （） 数字相 关器 ；７ 地形相 关算法和地 图数据调度 的软件 。 （）
所谓地 形辅 助导 航 ，实质 是 由惯性 系统 与无 线 电高度 表和数 字地 图构成 的组合 导航 系统［ １ ］ 。地形 辅助 导航 作为一 种新 型导 航系 统之所 以引起人 们 的广 泛 注意 ，是 因为 它在 海湾战争 、 科索 沃战争 中发挥 了良好 的实战应用 效果。地 形 辅助 导航系 统采用 了当今 电子技 术 的最新 成果 ，从 而把 军 事导航 性能提 高到 一个新 的高度 。该系 统有着 广泛 的应 用 前景 ， 它不 仅 能用 于低 空飞 行 ，而且 还用 于 海上 和 陆地 航 行。 促使地 形辅助导航 系统迅速发 展和成 熟的因素有很 多 ， 除 了计算机技 术的迅速 发展之 外，还有 几项关 键技术 ， 文 本
置 的地形 高度与 实测 的地形 高度值 相等 或相近 ，在相 似 的
地 形和平坦 地形 区域更 是如 此 ，这 样一 个地 形高度 的实 时 测 量值便 可能和 多个地 理位 置的地 形高度 相近 ，为 了从这 多个地理位 置 中确 定真 正 的匹配位 置就 需要沿着 飞行 路径 连 续测量 飞行器正 下方 的地形 高度 。通过 这些地 形 高度 的
将对此进行详 细介绍 。 ２ ．系 统 原 理 、 构 及 应 用 结 ２ １ 系 统 原 理 ．
图 】 系统 总 结 构
地形 辅助 导 航系 统 的原 理 ： 飞行 器在 飞 越航 线 上某 些特 定的地形 区域 时 ，利 用雷达 高度 表和气 压 高度表 等设 备测 量飞行器 正下 方 的地 形高 度值 ，海拔 高度和 离地 高度 之差便 是地形高度 。离地 高度一般 由雷达高度表 测量 ， 而海
地 图 ， 地 图本 质 上 是 地 形 高 度 关 于 地 理 位 置 的 函 数 。通 过 该
已对 该项技术进行 了成功 的试 飞验证 ， 进一步 的改装计划 尚
在考虑 中， 今后 主要 的应用 形式是与惯性 系统 的组 合。 目前 ， 世界上研 制地形辅助 导航 的公 司主要有 ： 国的桑迪 亚实验 美
２ ３ 系 统 应 用 ．
地 形辅 助导航 是 ８ ０年代 初 出现 的一种 新 型导航 系统 ， 除 导航外 ， 还具有 对军 事需求 至关 重要 的一些用 途 ， 它 如地 形跟 随、 地形 回避和威胁 回避等 。前几年 ， 一１ Ｆ ６和 ” 狂风 ”
拔 高度 值 由气 压高度 表给 出 ，这 样 飞行器便 可 自主测 出正 下方 的地形 高度值 。飞行器 上存储 有 事先测 绘 的数 字 高程
增加地 图数据 的 能力 ，用 最新 生成 的地 图来 抑制惯 导 的漂 移， 也就 是实时构建 地图并在地 图中定位 目标 的位置 。我们 采 用 Ｓ Ａ 算 法来 解 决这 一 问题 ， Ｌ Ｍ 算法 的数 学 结构 Ｌ Ｍ ＳＡ 是基 于过程估计 。给 出一个 目标和相应观 测的动态模型 ， 在 创建 的地 图内估计 地 图的结构和 目标 的位 置、速度及方 向，
测 量值序列 和来 自 Ｉ ＮＳ的导航 信息 ， 比如 带有误 差 的飞行
器 位置 、 度和 方 向信息 ， 速 就有 可 能排 除错 误 的地 理位 置 、 确定 飞行器 地理位置 唯一的估计值 。这 样 ， 用飞行器 的航 利 向、 速度 、 拔高度 、 海 离地 高度 的测量 值 便可 自主 连 续地 计 算 出飞行器 的三维位 置的估计值 。 ２ ２ 系统 结构 ．
室 、 系 统 公 司 、 克 萨 斯 仪 器 公 司 、 克 韦 尔 公 司 等 ； 国 Ｅ 德 洛 英 的 Ｂ Ｅ公司 、 Ｅ Ａ Ｇ Ｃ一 马可 尼 公 司 ； 法 国 的 Ｓ Ｇ Ｍ 公 司 ； Ａ Ｅ 德
对地形 高度的实 时测 量值和 参考地 图的高度 数据进 行 匹配
得 出飞行器 的地 理位 置 。在 参考地 图中可能 有多个 地理位
３ １ 位 置 估 计 ．
位置 估计算 法是惯 导结合 电子 地 图 自主导 航系统 的研 究重点 ， 了不断提 高导航精 度 ， 航系 统 已从 依靠单 一传 为 导