ä¸è½½æ¬æå ¨æ - Air & Space Power Chronicles
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GPS 受 阻 环 境 下 的 精 确 定 位 、 导 航 和 定 时<br />
虽 然 人 造 SoOP 非 常 值 得 研 究 , 自 然 发<br />
生 SoOP 也 到 处 存 在 。 从 根 本 上 说 , 凡 能 帮<br />
助 一 个 人 区 别 地 球 上 的 某 一 位 置 相 对 于 另 一<br />
个 位 置 的 任 何 源 都 可 用 于 导 航 。 一 种 现 象 对<br />
定 位 有 多 大 用 处 , 经 常 取 决 于 我 们 对 其 所 做<br />
的 测 量 是 否 可 靠 , 以 及 这 种 测 量 与 用 户 的 位<br />
置 是 否 紧 密 相 关 , 传 感 器 的 大 小 、 重 量 和 功<br />
率 也 都 有 关 。 许 多 自 然 发 生 的 SoOP, 如 磁 场 、<br />
重 力 场 、 闪 电 等 都 可 能 用 于 导 航 , 其 中 尤 以<br />
磁 场 导 航 最 具 军 事 应 用 潜 力 。<br />
磁 场 强 度 各 异 , 但 遍 布 整 个 地 球 。 除 了<br />
地 球 的 主 磁 场 之 外 , 其 他 类 似 的 磁 场 可 发 生<br />
在 任 何 导 电 材 料 中 ( 如 建 筑 钢 筋 、 墙 内 加 强<br />
钢 筋 、 金 属 管 道 、 导 线 等 )。 因 此 磁 场 的 强 度<br />
在 某 个 建 筑 物 内 各 不 同 走 廊 各 不 同 部 位 都 不<br />
相 同 。 先 进 导 航 技 术 中 心 已 经 测 试 了 运 用 这<br />
些 强 度 来 辅 助 导 航 系 统 在 室 内 环 境 工 作 的 可<br />
行 性 , 他 们 首 先 把 从 小 型 磁 力 仪 ( 一 幅 扑 克<br />
牌 大 小 ) 获 得 的 测 量 值 与 先 前 确 定 的 此 室 内<br />
磁 场 分 布 图 进 行 对 比 。 16 然 后 在 磁 场 分 布 图<br />
上 找 出 与 磁 力 仪 测 量 值 最 相 关 的 地 点 , 从 而<br />
确 定 用 户 的 位 置 。 此 实 验 结 果 证 明 很 有 前 途 ,<br />
但 仍 有 两 处 需 要 加 强 研 究 。 第 一 : 这 个 系 统<br />
必 须 依 靠 已 经 制 成 的 磁 场 图 , 我 们 不 可 能 让<br />
战 士 们 对 现 场 进 行 勘 测 , 因 此 研 究 人 员 正 在<br />
研 究 移 动 过 程 中 逐 步 建 立 这 份 磁 场 图 的 方<br />
法 。 第 二 : 研 究 人 员 正 在 探 索 磁 场 经 过 一 段<br />
时 间 后 的 变 化 , 以 及 磁 场 导 航 算 法 在 已 观 测<br />
磁 场 发 生 重 大 变 化 情 况 ( 磁 场 变 化 可 因 现 场<br />
增 加 或 撤 除 金 属 物 体 而 引 起 ) 下 的 不 适 用 性 。<br />
影 像 辅 助 导 航<br />
影 像 辅 助 导 航 是 用 照 相 机 生 成 一 种 替 代<br />
性 的 高 度 互 补 的 系 统 , 来 限 制 惯 性 漂 移 。 影<br />
像 系 统 不 是 直 接 计 算 运 载 平 台 本 身 的 位 置 ,<br />
而 是 采 用 从 图 像 传 感 器 看 到 的 运 动 来 辅 助 惯<br />
性 导 航 系 统 。 例 如 , 假 设 一 个 人 坐 在 椅 子 上<br />
旋 转 , 生 理 上 的 前 庭 系 统 会 感 觉 到 这 种 旋 转 ,<br />
但 是 视 力 通 过 观 察 运 动 的 影 像 提 示 , 来 辅 助<br />
对 这 种 旋 转 的 估 算 。 影 像 传 感 器 即 以 相 近 原<br />
理 辅 助 惯 性 导 航 系 统 , 从 而 提 高 导 航 精 度 。<br />
影 像 辅 助 导 航 系 统 除 了 改 善 导 航 精 度 之<br />
外 , 还 有 其 他 多 种 优 点 。 第 一 : 计 算 机 影 像<br />
技 术 不 受 制 于 那 些 能 有 效 瘫 痪 GPS 的 攻 击<br />
( 虽 然 基 于 影 像 的 工 具 也 面 对 其 他 制 约 因 素 ,<br />
如 雨 雾 和 烟 雾 等 )。 第 二 : 随 着 照 相 机 和 计<br />
算 机 功 能 更 强 大 而 成 本 更 低 , 计 算 机 影 像 迅<br />
速 成 为 可 以 实 现 的 及 成 本 效 益 比 可 行 的 选<br />
择 。 第 三 : 用 于 导 航 的 照 相 机 还 可 顺 便 收 集<br />
情 报 。 同 样 , 用 于 情 报 收 集 的 照 相 机 也 能 顺<br />
便 用 于 导 航 。 还 有 , 我 们 可 以 把 数 据 信 息 与<br />
国 家 地 理 空 间 情 报 局 或 谷 歌 等 商 业 地 图 提 供<br />
商 提 供 的 地 图 信 息 进 行 整 合 。<br />
由 于 计 算 上 的 复 杂 性 , 典 型 的 影 像 辅 助<br />
算 法 一 般 取 用 图 像 中 的 一 些 特 征 而 非 整 个 图<br />
像 。 此 算 法 将 连 续 图 像 中 的 特 征 进 行 对 比 ,<br />
从 而 估 算 运 载 平 台 的 相 对 运 动 位 置 。 特 征 对<br />
比 和 匹 配 的 质 量 好 坏 , 取 决 于 对 后 续 图 像 序<br />
列 的 特 征 提 取 和 识 别 。 我 们 可 以 把 分 析 集 中<br />
在 图 像 的 一 小 块 上 , 以 进 一 步 降 低 计 算 复 杂<br />
性 。 这 些 计 算 上 的 改 进 可 允 许 我 们 采 用 设 置<br />
在 相 对 较 小 平 台 上 的 影 像 系 统 。 先 进 导 航 技<br />
术 中 心 已 经 把 一 种 速 度 更 快 但 可 信 性 稍 差 的<br />
特 征 跟 踪 算 法 与 一 种 商 用 级 惯 性 导 航 系 统 结<br />
合 起 来 , 在 一 种 小 型 室 内 遥 驾 飞 机 上 获 得 实<br />
时 导 航 功 能 。 17<br />
从 照 相 机 到 某 特 征 之 间 的 距 离 ( 即 感 知<br />
深 度 ) 是 图 像 辅 助 导 航 的 关 键 。 先 进 导 航 技<br />
术 中 心 采 用 两 台 照 像 机 模 仿 人 类 视 力 , 研 制<br />
出 立 体 影 像 辅 助 导 航 原 型 机 , 并 证 明 其 算 法<br />
能 接 近 实 时 。 18 美 中 不 足 的 是 , 这 种 方 法 要<br />
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