惯导系统与地形辅助导航：原理与匹配算法研究

"惯导系统原理简图-基于单片机构成高精度pwm式12位d_a转换器" 惯导系统（Inertial Navigation System, INS）是一种利用惯性元件，如陀螺仪和加速度计，来测量并计算物体在三维空间中的运动状态的导航技术。该系统无需外部参考信号，可以自主提供位置、速度、航向和姿态等导航参数。标题提到的"惯导系统原理简图"可能包含了一个基于单片机设计的高精度PWM（脉宽调制）12位D/A转换器，这在现代惯导系统中用于将数字信号转化为模拟信号，以驱动伺服电机或其他执行机构，维持平台稳定或进行导航计算。 描述中提到了平台式和捷联式惯导系统。平台式惯导系统依靠物理平台保持一个稳定的坐标系，陀螺仪用来保持平台的方向，加速度计则测量在这个坐标系中的加速度。根据坐标系的不同，平台式系统又分为空间稳定式和当地水平式。空间稳定式惯导系统模拟惯性坐标系，所有的导航计算都在这个坐标系中进行；而当地水平式惯导系统则模拟载体当地的水平坐标系，其观测结果直接关联于载体的地理位置。 捷联式惯导系统则没有物理平台，而是直接将传感器固定在载体上，减少了机械结构，降低了系统体积和重量，但对数据处理和算法要求更高。由于没有机械平台，捷联式惯导系统可以更快响应载体的动态变化，但可能会因为初始对准误差的累积导致长期精度下降。 地形辅助导航（Terrain Aided Navigation, TAN）是一种利用地形特征来校正惯导系统误差的方法。标签中的"地形匹配：数字地图；地形熵；平均绝对差"表明了在TAN中，数字地图是关键数据源，用于生成地形的数学模型，进行匹配算法的实施。地形熵匹配算法利用地形的复杂度信息来寻找最佳匹配点，而平均绝对差（Mean Absolute Difference, MAD）则是衡量匹配程度的一种常用指标。将两者结合可以提高匹配的稳定性和精度，特别是在复杂地形条件下。 在地形匹配的算法中，TERCOM（Terrain Contour Matching）是通过比较载体当前飞行路径与预存的地形轮廓进行匹配，而SITAN（Smoothed Innovation Terrain Aided Navigation）则是结合卡尔曼滤波进行的地形辅助导航，通过平滑误差估计来提高导航精度。苑娜的硕士论文研究了这些算法，特别是地形熵和MAD的结合，通过二维随机过程仿真验证了这种方法的有效性，即使在有噪声的情况下也能准确快速定位。 总结起来，惯导系统是通过内部传感器监测载体运动的自主导航技术，而地形辅助导航是利用地形特征来校正惯导系统误差，提高导航精度。数字地图、地形熵和平均绝对差是实现这一目标的关键技术和工具。