自主導(dǎo)航與信息融合2012-副本

自主導(dǎo)航與信息融合中國(guó)民航大學(xué)航空自動(dòng)化學(xué)院2012.3第一部分基本概念介紹導(dǎo)航導(dǎo)航技術(shù)自主導(dǎo)航信息融合什么是

導(dǎo)航

？導(dǎo)航是一個(gè)技術(shù)門類的總稱，是將載體從一個(gè)位置引導(dǎo)到另一個(gè)位置的過程，即是引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人(總稱作運(yùn)載體)安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地的一種手段。導(dǎo)航的基本功能是回答：我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？導(dǎo)航應(yīng)由導(dǎo)航系統(tǒng)完成，包括裝在運(yùn)載體上的導(dǎo)航設(shè)備以及裝在其他地方與導(dǎo)航設(shè)備配合使用的導(dǎo)航臺(tái)。從導(dǎo)航臺(tái)的位置來看，主要有：陸基導(dǎo)航系統(tǒng)：即導(dǎo)航臺(tái)位于陸地上，導(dǎo)航臺(tái)與導(dǎo)航設(shè)備之間用無線電波聯(lián)系。星基導(dǎo)航系統(tǒng)：導(dǎo)航臺(tái)設(shè)在人造衛(wèi)星上，擴(kuò)大覆蓋范圍。導(dǎo)航技術(shù)分類定位和定向，如根據(jù)夜空中的北斗七星確認(rèn)方向，利用“司南”和羅盤等裝置確定方位。新的導(dǎo)航技術(shù)包括：

（1）慣性導(dǎo)航：利用慣性測(cè)量單元測(cè)量載體相對(duì)于慣性空間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并經(jīng)計(jì)算后實(shí)施導(dǎo)航任務(wù)。

（2）天文導(dǎo)航：通過觀測(cè)天體位置來測(cè)定位置和航向的技術(shù)，用于航海、航空、航天導(dǎo)航。天文導(dǎo)航系統(tǒng)是自主式系統(tǒng)，無需地面發(fā)射設(shè)備，不受電磁場(chǎng)的干擾，隱蔽性好，定向定位精度高。

（3）無線電導(dǎo)航：利用無線電導(dǎo)引載體沿規(guī)定航線、在規(guī)定時(shí)間達(dá)到目的地的技術(shù)。利用無線電波的傳播特性可測(cè)定物體的導(dǎo)航參量（方位、距離和速度），計(jì)算出與規(guī)定航線的偏差，由駕駛者或自動(dòng)駕駛儀操縱載體消除偏差以保證正確航線。無線電導(dǎo)航設(shè)備或系統(tǒng)有無線電羅盤、伏爾導(dǎo)航系統(tǒng)、塔康導(dǎo)航系統(tǒng)、羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)以及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。

（4）衛(wèi)星導(dǎo)航：利用衛(wèi)星播發(fā)的無線電信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位的技術(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航以衛(wèi)星為空間基準(zhǔn)點(diǎn)，向用戶終端播發(fā)無線電信號(hào)，從而確定用戶的位置、速度和時(shí)間，不受氣象條件、航行距離的限制，且導(dǎo)航精度高。

（5）組合導(dǎo)航：兩種或兩種以上導(dǎo)航技術(shù)組合的系統(tǒng)。組合系統(tǒng)多以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為主要分系統(tǒng)，如慣性—多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性—奧米伽導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性—天文導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性—衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。自主導(dǎo)航系統(tǒng)自主導(dǎo)航：由移動(dòng)載體自行完成的導(dǎo)航機(jī)車導(dǎo)航系統(tǒng)：利用內(nèi)置的傳感器確定車輛自身所處的相對(duì)位置和行駛方向，用數(shù)學(xué)分析的方法確定行車路徑，并將該行車路徑與內(nèi)存電子地圖上的道路進(jìn)行比較，確定車輛在地圖上所處的位置及到達(dá)目的地的方向和所余距離等，并在顯示器上顯示出來，從而起到導(dǎo)航和引導(dǎo)的功能。自主導(dǎo)航系統(tǒng)除應(yīng)具備上述無引導(dǎo)功能導(dǎo)航系統(tǒng)的裝置外，還需配備距離傳感器和方位傳感器。飛行器自主導(dǎo)航機(jī)器人自主導(dǎo)航艦船自主導(dǎo)航航天器自主導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合技術(shù)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

指利用計(jì)算機(jī)對(duì)按時(shí)序獲得的若干觀測(cè)信息，在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合，以完成所需的決策和評(píng)估任務(wù)而進(jìn)行的信息處理技術(shù)。包括對(duì)各種信息源給出的有用信息的采集、傳輸、綜合、過濾、相關(guān)及合成，以便輔助人們進(jìn)行態(tài)勢(shì)/環(huán)境判定、規(guī)劃、探測(cè)、驗(yàn)證、診斷。用途：為先進(jìn)的作戰(zhàn)管理和C[3]I系統(tǒng)提供了重要的數(shù)據(jù)處理技術(shù)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)融合在多信息源、多平臺(tái)和多用戶系統(tǒng)內(nèi)起著重要的處理和協(xié)調(diào)作用，保證了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各單元與匯集中心間的連通性與及時(shí)通信，而且使原來由軍事操作人員和情報(bào)分析人員完成的許多功能均由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確、有效地自動(dòng)完成。信息融合信息融合是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將來自多個(gè)傳感器或多源的觀測(cè)信息進(jìn)行分析、綜合處理．從而得出決策和估計(jì)任務(wù)所需的信息的處理過程。另一種說法是信息融合就是數(shù)據(jù)融合．但其內(nèi)涵更廣泛、更確切、更合理，也更具有概括性．不僅包括數(shù)據(jù)，而且包括了信號(hào)和知識(shí)，由于習(xí)慣上的原因，很多文獻(xiàn)仍使用數(shù)據(jù)融合。信息融合的基本原理是：充分利用傳感器資源．通過對(duì)各種傳感器及人工觀測(cè)信息的合理支配與使用．將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則或算法組合來，產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)對(duì)象的一致性解釋和描述。其目標(biāo)是基于各傳感器檢測(cè)信息分解人工觀測(cè)信息．通過對(duì)信息的優(yōu)化組合來導(dǎo)出更多的有效信息。數(shù)據(jù)融合分類像素級(jí)融合：它是直接在采集到的原始數(shù)據(jù)層上進(jìn)行的融合，在各種傳感器的原始測(cè)報(bào)未經(jīng)預(yù)處理之前就進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合與分析。數(shù)據(jù)層融合一般采用集中式融合體系進(jìn)行融合處理過程。這是低層次的融合，如成像傳感器中通過對(duì)包含若一像素的模糊圖像進(jìn)行圖像處理來確認(rèn)目標(biāo)屬性的過程就屬于數(shù)據(jù)層融合。特征層融合：特征層融合屬于中間層次的融合，它先對(duì)來自傳感器的原始信息進(jìn)行特征提取(特征可以是目標(biāo)的邊緣、方向、速度等)，然后對(duì)特征信息進(jìn)行綜合分析和處理。特征層融合的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了可觀的信息壓縮，有利于實(shí)時(shí)處理，并且由于所提取的特征直接與決策分析有關(guān)，因而融合結(jié)果能最大限度的給出決策分析所需要的特征信h。特征層融合一般采用分布式或集中式的融合體系。特征層融合可分為兩大類:一類是目標(biāo)狀態(tài)融合;另一類是目標(biāo)特性融合。決策層融合：決策層融合通過不同類型的傳感器觀測(cè)同一個(gè)目標(biāo)，每個(gè)傳感器在本地完成基本的處理，其中包括預(yù)處理、特征抽取、識(shí)別或判決，以建立對(duì)所觀察目標(biāo)的初步結(jié)論。然后通過關(guān)聯(lián)處理進(jìn)行決策層融合判決，最終獲得聯(lián)合推斷結(jié)果。機(jī)器人定位傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)高速、低成本及高可靠性的數(shù)據(jù)融合技術(shù)不僅在軍事領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，而且在自動(dòng)化制造領(lǐng)域、商業(yè)部門，乃至家庭都有極其廣闊的應(yīng)用前景。如自動(dòng)化制造過程中的實(shí)時(shí)過程控制、傳感器控制元件、工作站以及機(jī)器人和操作裝置控制等均離不開數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用。在自主導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用：系統(tǒng)更可靠、快捷

（海上因高度表引起飛機(jī)空難等）課程教學(xué)內(nèi)容一、自主導(dǎo)航原理二、導(dǎo)航傳感器與定位三、信息融合與定位方法四、路徑規(guī)劃方法五、自主導(dǎo)航控制方法自

主

導(dǎo)

航

體

系一.運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與自主體二.自主體的感知三.自主體的定位四.自主體的運(yùn)動(dòng)控制五.自主體的規(guī)劃與決策六.自主導(dǎo)航方法與系統(tǒng)參考2.《新一代信息通信規(guī)劃教材多源信息融合理論與應(yīng)用》

作者:楊露菁出版日期:2006年02月第1版3.《信息融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——模糊推理理論與應(yīng)用》

權(quán)太范

出版日期:2002年08月第1版4.《多傳感器信息融合及應(yīng)用》

何友等著

出版日期:2000年11月第1版5.《信息融合技術(shù)》

閻福旺等編著

出版日期:2001年06月第1版第二部分

自主導(dǎo)航載體及傳感器

引題：依靠GPS，車輛如何自主導(dǎo)航？車輛依靠“北斗”，如何自主導(dǎo)航？機(jī)器人在火星上如何自主導(dǎo)航？在月球上如何自主導(dǎo)航？無人潛器在水下如何自主導(dǎo)航？機(jī)器人在南極如何自主導(dǎo)航？小型無人機(jī)如何自主導(dǎo)航？星級(jí)間飛行如何自主導(dǎo)航？運(yùn)

動(dòng)

平

臺(tái)

與

自

主

體運(yùn)