基于卡尔曼滤波的飞机着陆导航系统设计

文/马翰飞 李甜田 陈兆飞

图1：飞机着陆导航功能结构图

飞机或无人机着陆的安全性与导航系统密不可分。根据导航系统物理特点，飞机着陆导航系统可分为全球定位系统（Global Position System,GPS）、惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)、光电图像导航系统。GPS在卫星信号较弱的情况下可靠性受到严重影响，惯性导航系统的会产生随时间积累的误差，其战时实用性受到限制，光电图像导航方法具有可视性好、无线电静默、非主动性的特点而受到重点关注。近年来，计算机视觉技术发展迅速，其在飞机导航领域内的应用与日俱增，如基于视景增强显示的辅助导航技术，同时，基于图像特征的视觉导航技术已成为该领域内的研究热点。由于视觉导航技术通过被动方式获取外界信号而无需接收外界信号，用视觉技术取代GPS而与INS构成组合导航系统增加了导航系统的自主性。本文构建了特定形状的合作光源靶标，该靶标装有多光谱光源，将靶标固定于跑道旁某一定点，通过图像融合和增强获得对于指挥员或飞行员可视性好的图像信息，利用摄影测量方法解算飞机相对跑道某一定点的方位和距离等姿态信息，之后通过模拟飞行试验对导航姿态测量系统进行精度分析。

1 系统原理

本系统中，首先利用导航合作目标日盲紫外波段光源的特点提取图像中合作目标标识点；然后利用空间目标在图像中成像的几何原理计算出飞机相对于合作标识的姿态信息；构造卡尔曼滤波系统，通过合适参数设置对姿态信息进行滤波处理；……