● 摘要
本文设计一种融合卫星导航、惯性导航和视觉导航的多模式组合导航系统。系统能够在卫星数据有效时，通过GNSS/INS组合导航完成有效定位；当卫星数据不可用时，通过视觉/INS组合导航进行定位。
GNSS/INS组合导航算法研究通过仿真实验对比在不同可见星数时的紧耦合定位效果。针对少可见星紧耦合算法的定位效果不足，设计线性和非线性的组合导航算法。线性组合导航算法基于误差线性模型的紧耦合算法，通过在观测方程添加“伪观测”和高度信息，设计了紧耦合辅助算法。非线性组合导航算法基于容积滤波，设计了二阶精度的紧耦合算法和导航参数直接估计的组合导航算法。
GNSS/INS组合导航系统的硬件电路设计采用以DSP TMS320C6416为组合导航解算核心、MSP430F149为数据采集核心的双CPU架构。通过EDMA传输机制实现IMU、磁罗盘、气压计、卫星接收机的实时数据采集与高速传输。高效分配DSP资源，完成高频数据同步与组合导航解算。最终完成系统组装，并通过室外跑车实验进行系统论证。
视觉导航算法基于对特征点的匹配与跟踪，设计满足实时性需求的基于SURF快速双目特征点匹配与跟踪，通过误匹配判定算法有效提高特征点匹配的正确性。论文完成了双目相机的标定，能够实现特征点坐标的还原。视觉导航算法能够通过图像数据获得载体的位移信息，不依赖特征点的具体坐标。视觉/INS组合导航算法能够有效抑制惯导的发散，并通过室内推车实验论证算法的有效性。
为了支撑视觉/INS组合导航算法的研究，设计基于多线程MFC的组合导航软件，能够实时并同步采集双目图像和惯导数据。本文完成了嵌入式图像采集设备的电路设计，能够完成一体化控制，支持二次开发。本文设计了一种基于Android的图像处理系统，通过移植OpenCV完成多线程的图像处理软件，能够采集图像采集设备的图像数据，完成图像处理任务。