● 摘要
由于惯性导航系统 ( Inertial Navigation System，INS ) 定位误差随时间积累，必须进行估计和补偿，解决这个问题的主要途径之一是发展组合导航技术。而全球定位系统( GPS ) 在可见导航星少的区域 (如山区) 定位精度受影响，容易受干扰，并受他国掌控，因此地形辅助导航技术 ( Terrain-Aided Navigation，TAN ) 作为一种高精度导航定位技术，具有很大的发展和应用空间。地形轮廓匹配 ( Terrain Contour Matching，TERCOM ) 是一种基于高程相关的辅助导航技术，它具有自主、可靠、隐蔽和全天候的导航性能，在山地等地形特征比较明显的区域，与GPS有很好的互补性。因此，它的发展一开始就受到国际导航界的高度重视，并与惯性、卫星导航一样，成为军事导航领域的重要技术。地形匹配利用气压高度表、雷达高度表获得飞行器绝对高度和相对高度，二者相减就可以得到地形的高度，与数字地图相比对可以获得飞机的位置，该位置估计不随时间发散，而且其高度测量元件在飞机中是现成的。除了需要加装数字地图以外，不需要增加其它额外的元件。本论文对经典地形匹配算法开展了研究，制定了具体的地形匹配方案并进行实施；论文也对视觉地形匹配定位进行研究，利用图像匹配技术来实现地形匹配定位，从多个途径探索实现地形匹配辅助惯导。首先研究了捷联惯性导航系统的力学编排方案，根据轨迹发生器给出的数据捷联惯导系统进行了仿真，并和轨迹发生器给出的标准信息进行了比较，验证了算法精度。其次利用飞行轨迹发生器和捷联惯导系统的输出数据进行地形匹配系统的仿真，将地形匹配的仿真结果与轨迹发生器给出的标准信息进行比较，验证地形匹配算法的精度。然后进行了视觉地形匹配定位技术的研究，从多个途径探索实现地形匹配辅助惯性导航系统。最后将捷联惯导仿真器的输出结果与经典地形匹配的输出结果综合进行卡尔曼滤波，并利用卡尔曼滤波输出的误差最佳估值对惯导系统进行修正，从而实现地形辅助惯性导航系统，使惯导达到最佳导航状态。