SINS组合导航算法研究.pdfVIP

第 12卷 第4期 2012年 2月 科 学 技 术 与 工 程 V01．12 No．4 Feb．2012 167l一 1815(2012)04-0861-06 ScienceTechnologyandEngineering ⑥ 2012 Sci．Tech．Engrg． 基于人工标志的视觉／SINS组合 导航算法研究 宋琳娜 方 群 (西北工业大学航天学院，西安 710072) 摘 要 针对航天器地面中性浮力实验的实验体导航问题，研究利用计算机视觉和捷联惯性导航系统(SINS)进行实验体组 合导航的算法。首先对视觉导航与SINS的优缺点及其组合导航的优势互补进行了分析，提出其组合方式。然后建立了组合 导航系统量测方程。最后利用卡尔曼滤波方法，实现了视觉导航图像信息与捷联惯导系统的信息融合。仿真结果表明，提出 的组合导航方法提高了导航精度，具有一定的应用参考价值。 关键词 计算机视觉 捷联惯性导航系统(SINS) 卡尔曼 组合导航 中图法分类号 V249．32； 文献标志码 A 所谓中性浮力环境是指利用物体在水中的浮 合；对组合导航方案及算法进行了仿真验证，仿真 力来平衡其重力达到模拟空间微重力的效应，从而 结果表明，所提出的组合导航方案能够提高实验体 进行测量控制等空间操作的一种实验环境。而要 的导航精度，具有一定的应用参考价值。 在地面中性浮力实验环境 中完成相关航天器关键 1 相关坐标系及坐标转换 技术验证实验，必须要获得准确 的实验体导航信 息。基于视觉相机的视觉导航系统具有体积小、重 1．1 地球坐标系(P系) 量轻、寿命长和可靠性高等优点；捷联式惯性导航 原点为地球质心，轴与地球 自转轴方向一致， 系统(SINS)是 以牛顿力学定律为基础的一种 自主 ，Y轴在赤道平面 内， 轴与格林威治子午面和赤 式导航系统，它在工作时不需要任何外来信息，不 道平面的交线重合，Y轴与 ，z轴构成右手直角坐 受电子干扰的影响，是实现运动体 自主控制和测量 标系。地球坐标系与地球固连，其相对于惯性坐标 的最佳手段之一。但是，由于 SINS中具有积分环 系的运动就是地球的 自转角速度。在此坐标系中 节，因此其导航误差会随时间积累而增大，难 以长 的矢量表示为r。 时间独立工作；而视觉导航系统受敏感器作用距离 1．2 地理坐标系 (g系) 的限制且导航数据更新频率低。因此，若将视觉和 地理坐标系是在实验体上用来表示实验体所 惯性导航系统有机的组合，取长补短，充分发挥各 在位置的东向、北向和垂线方向的坐标系。地理坐 自的优点便可以克服单一导航系统存在的不足，提 标系的原点 0选在实验体重心处， 指向东，Y指 高导航系统的性能和可靠性。 向北， 沿垂线方 向指 向天。在此坐标系中的矢量 ：本文针对航天器地面中性浮力试验的实验体 表示为 。 导航问题，采用计算机视觉和SINS的组合导航方 1．3 理想平台坐标系( 系J 式，在分析视觉导航系统和 SINS的优缺点基础上， 本文中平台坐标系是用惯导系统来复现地理 提出视觉与SINS的组合导航方案，建立