基于联合变换相关器的实时图像匹配辅助组合导航研究

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全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)组合导航系统,是目前广泛应用的无人机导航系统。但GPS存在易受外界干扰的缺点,在GPS/INS组合导航系统中,一旦GPS失效,INS将难以长时间独立工作;而且,GPS/INS组合导航系统在采取位置、速度作为外部观测量时,无法完全估计出惯性器件的误差。这些因素将导致GPS/INS组合导航系统在抗干扰性和精度上仍然不能完全满足无人机导航系统的要求。针对这个问题,本文将实时图像匹配导航与GPS/INS组合导航系统相结合,研究基于联合变换相关器的实时图像匹配辅助导航的方法,以提高无人机导航系统的抗干扰性和导航精度。  首先,对光电混合联合变换相关技术的原理进行分析,并介绍基于光电混合联合变换相关技术的图像匹配的实现方法,研究采用光电混合联合变换相关技术进行实时图像匹配定位,以满足系统的实时性要求,并进行实时目标识别仿真实验。  然后,利用光电混合联合变换相关器进行实时目标识别后,再根据摄影测量原理计算无人机的位置和姿态角信息,通过信息融合技术,实现对无人机高精度导航信息的获取。组合导航系统由GPS接收机、惯性导航系统和基于光电混合联合变换相关器的图像匹配定位系统三个子导航系统构成,本文针对其中的时间同步问题进行了分析,为了实现对不同子导航系统时间同步数据的获取,根据实际情况,利用 GPS接收机和三维电子罗盘,完成了一个基于STM32的时间同步模块的硬件电路和软件设计,并通过实验验证了该模块运行的稳定性和可靠性。  最后,将经过时间同步处理的实时图像匹配定位得到的导航信息通过卡尔曼滤波器与惯性导航系统解算的导航信息进行信息融合,建立具体的系统状态方程和观测方程,并进行数据融合仿真实验,仿真结果表明,滤波后导航信息的误差均获得了较明显的收敛,提高了导航系统的抗干扰性和导航精度。
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