自主导航与信息融合2012-副本

自主导航与信息融合中国民航大学航空自动化学院2012.3第一部分基本概念介绍导航导航技术自主导航信息融合什么是

导航

？导航是一个技术门类的总称，是将载体从一个位置引导到另一个位置的过程，即是引导飞机、船舶、车辆以及个人(总称作运载体)安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地的一种手段。导航的基本功能是回答：我现在在哪里？我要去哪里？如何去？导航应由导航系统完成，包括装在运载体上的导航设备以及装在其他地方与导航设备配合使用的导航台。从导航台的位置来看，主要有：陆基导航系统：即导航台位于陆地上，导航台与导航设备之间用无线电波联系。星基导航系统：导航台设在人造卫星上，扩大覆盖范围。导航技术分类定位和定向，如根据夜空中的北斗七星确认方向，利用“司南”和罗盘等装置确定方位。新的导航技术包括：

（1）惯性导航：利用惯性测量单元测量载体相对于惯性空间的运动参数，并经计算后实施导航任务。

（2）天文导航：通过观测天体位置来测定位置和航向的技术，用于航海、航空、航天导航。天文导航系统是自主式系统，无需地面发射设备，不受电磁场的干扰，隐蔽性好，定向定位精度高。

（3）无线电导航：利用无线电导引载体沿规定航线、在规定时间达到目的地的技术。利用无线电波的传播特性可测定物体的导航参量（方位、距离和速度），计算出与规定航线的偏差，由驾驶者或自动驾驶仪操纵载体消除偏差以保证正确航线。无线电导航设备或系统有无线电罗盘、伏尔导航系统、塔康导航系统、罗兰C导航系统、多普勒导航系统以及卫星导航系统等。

（4）卫星导航：利用卫星播发的无线电信号进行导航定位的技术。卫星导航以卫星为空间基准点，向用户终端播发无线电信号，从而确定用户的位置、速度和时间，不受气象条件、航行距离的限制，且导航精度高。

（5）组合导航：两种或两种以上导航技术组合的系统。组合系统多以惯性导航系统作为主要分系统，如惯性—多普勒导航系统、惯性—奥米伽导航系统、惯性—天文导航系统、惯性—卫星导航系统等。自主导航系统自主导航：由移动载体自行完成的导航机车导航系统：利用内置的传感器确定车辆自身所处的相对位置和行驶方向，用数学分析的方法确定行车路径，并将该行车路径与内存电子地图上的道路进行比较，确定车辆在地图上所处的位置及到达目的地的方向和所余距离等，并在显示器上显示出来，从而起到导航和引导的功能。自主导航系统除应具备上述无引导功能导航系统的装置外，还需配备距离传感器和方位传感器。飞行器自主导航机器人自主导航舰船自主导航航天器自主导航数据融合技术数据融合技术

指利用计算机对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。包括对各种信息源给出的有用信息的采集、传输、综合、过滤、相关及合成，以便辅助人们进行态势/环境判定、规划、探测、验证、诊断。用途：为先进的作战管理和C[3]I系统提供了重要的数据处理技术基础。

数据融合在多信息源、多平台和多用户系统内起着重要的处理和协调作用，保证了数据处理系统各单元与汇集中心间的连通性与及时通信，而且使原来由军事操作人员和情报分析人员完成的许多功能均由数据处理系统快速、准确、有效地自动完成。信息融合信息融合是利用计算机技术将来自多个传感器或多源的观测信息进行分析、综合处理．从而得出决策和估计任务所需的信息的处理过程。另一种说法是信息融合就是数据融合．但其内涵更广泛、更确切、更合理，也更具有概括性．不仅包括数据，而且包括了信号和知识，由于习惯上的原因，很多文献仍使用数据融合。信息融合的基本原理是：充分利用传感器资源．通过对各种传感器及人工观测信息的合理支配与使用．将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则或算法组合来，产生对观测对象的一致性解释和描述。其目标是基于各传感器检测信息分解人工观测信息．通过对信息的优化组合来导出更多的有效信息。数据融合分类像素级融合：它是直接在采集到的原始数据层上进行的融合，在各种传感器的原始测报未经预处理之前就进行数据的综合与分析。数据层融合一般采用集中式融合体系进行融合处理过程。这是低层次的融合，如成像传感器中通过对包含若一像素的模糊图像进行图像处理来确认目标属性的过程就属于数据层融合。特征层融合：特征层融合属于中间层次的融合，它先对来自传感器的原始信息进行特征提取(特征可以是目标的边缘、方向、速度等)，然后对特征信息进行综合分析和处理。特征层融合的优点在于实现了可观的信息压缩，有利于实时处理，并且由于所提取的特征直接与决策分析有关，因而融合结果能最大限度的给出决策分析所需要的特征信h。特征层融合一般采用分布式或集中式的融合体系。特征层融合可分为两大类:一类是目标状态融合;另一类是目标特性融合。决策层融合：决策层融合通过不同类型的传感器观测同一个目标，每个传感器在本地完成基本的处理，其中包括预处理、特征抽取、识别或判决，以建立对所观察目标的初步结论。然后通过关联处理进行决策层融合判决，最终获得联合推断结果。机器人定位传感器数据融合技术高速、低成本及高可靠性的数据融合技术不仅在军事领域得到越来越广泛的应用，而且在自动化制造领域、商业部门，乃至家庭都有极其广阔的应用前景。如自动化制造过程中的实时过程控制、传感器控制元件、工作站以及机器人和操作装置控制等均离不开数据融合技术的应用。在自主导航系统中应用：系统更可靠、快捷

（海上因高度表引起飞机空难等）课程教学内容一、自主导航原理二、导航传感器与定位三、信息融合与定位方法四、路径规划方法五、自主导航控制方法自

主

导

航

体

系一.运动平台与自主体二.自主体的感知三.自主体的定位四.自主体的运动控制五.自主体的规划与决策六.自主导航方法与系统参考2.《新一代信息通信规划教材多源信息融合理论与应用》

作者:杨露菁出版日期:2006年02月第1版3.《信息融合神经网络——模糊推理理论与应用》

权太范

出版日期:2002年08月第1版4.《多传感器信息融合及应用》

何友等著

出版日期:2000年11月第1版5.《信息融合技术》

阎福旺等编著

出版日期:2001年06月第1版第二部分

自主导航载体及传感器

引题：依靠GPS，车辆如何自主导航？车辆依靠“北斗”，如何自主导航？机器人在火星上如何自主导航？在月球上如何自主导航？无人潜器在水下如何自主导航？机器人在南极如何自主导航？小型无人机如何自主导航？星级间飞行如何自主导航？运

动

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