以ICESat-2为代表的光子计数激光雷达对地观测手段具有地面足印小、采样频率高、波束数量多等特点，获取点云的平面精度和飞行方向数据密集程度得到很大提升，可作为一种新型三维控制条件以提高卫星影像定位精度。为解决光子点云没有同步影像记录平面位置的应用难题，提出一种星载光子计数激光点云支持下的卫星影像定位精度提升方法。首先采用三维地形剖面匹配方法实现对光子点云数据与卫星立体影像自动生成的数字表面模型（DSM）的精确配准；然后依据坡度变化从光子剖面点云中提取地形特征点，联合DSM多种地形特征生成共同地形特征控制点；最后将该地形特征控制点作为平高控制条件引入带附件参数的卫星影像区域网空中三角测量过程，以进一步提升定位精度。利用陕西省两个地区的ZY-3影像和ATLAS ATL03级数据进行实验，结果表明与完全无控定位方法和SRTM数据辅助定位方法相比，所提方法能够显著提高ZY-3影像平面和高程定位精度，提升幅度相对于SRTM数据分别可以达60%和34%左右，验证了所提方法的有效性和可行性。

地形匹配导航是一种重要的利用地形和地物特征进行导航的技术。为了进一步提高地形匹配算法的精度，提出了一种基于形态学增强型方向梯度直方图（EHOG）的地形匹配算法。该算法采用形态学闭运算对干涉合成孔径雷达（InSAR）获取的实时高程图（REM）进行预处理，获取EHOG特征；将地形匹配转换为HOG特征描述子的匹配，以特征向量间的欧氏距离作为相似性度量。匹配过程中，采用粗细精结合的三步优化匹配搜索策略，提升了算法实时性。实验结果表明，与未增强的HOG算法、传统的梯度互相关算法相比，所提匹配算法具有更好的匹配精度和抗噪性，同时具有较强的鲁棒性和实用性，能够很好地应用于InSAR地形匹配。

粒子滤波广泛应用于水下物理场辅助导航中。针对传统粒子滤波算法中粒子退化的缺陷, 提出了一种改进粒子滤波算法。该算法在滤波中对导航定位误差和地形量测误差进行实时估计, 并根据估计结果对每一次粒子重采样策略进行调整, 使新生粒子在定位误差区域中随机分布的同时, 能向载体所处位置概率密度大的区域相对聚集。使用该算法进行水下地形匹配惯性导航的仿真中, 相较于传统滤波方法能在保证定位误差快速减小的同时, 避免由于粒子退化造成的滤波发散, 并有效提高了最终滤波精度。通过该方法, 长时间使用纯惯导系统导航所积累的定位误差在 500s内由 900m下降到 50m内。在未来水下多物理场辅助导航领域将具有广泛应用前景。

使用紫外光引导无人机飞行,具有抗干扰能力强、全天候非直视通信、保密通信能力强和适用于特殊场合等优点。因此,提供一种无人机匹配地形飞行的无线紫外光引导方法,以辅助无人机匹配不同地形飞行。提出一种基于紫外光的光功率控制方法,调整紫外信标发送端的角度和发射功率,使得到达无人机飞行平面的紫外光的功率相等,从而保障无人机安全飞行。对功率控制方法进行了计算机仿真。实验结果表明,紫外光LED发送张角不超过80°时,功率容易控制,信标集成易于实现,且受地形、高度等因素影响较小。

当GPS、北斗等卫星导航系统的信号由于干扰等原因失效时, 亟需一种辅助导航算法引导无人机完成任务。综合TERCOM和SITAN算法的优点, 提出了一种适用于无人机的地形匹配算法, 既允许较大的初始位置误差, 又满足机动条件下连续匹配的需求, 仿真结果表明, 该算法能够实现无人机惯导条件下的辅助导航, 具有较大的实用价值。

研究了一种以干涉合成孔径雷达(InSAR)信息为基础的三维地形匹配导航系统，该系统采用基于3-D Zernike 矩的三维地形匹配算法，同时针对3-D Zernike 矩在地形匹配中计算实时性差的问题进行了改进。为验证系统的有效性和算法性能，搭建了基于VC++和OpenSceneGraph 的三维可视化软件仿真平台。仿真结果表明，基于3-D Zernike 矩的三维地形匹配算法定位精确度高，对地形的适应能力强，算法的实时性问题得到了良好解决，系统具有较高的工程实用价值。

为了提高传统地形匹配算法的定位精度问题, 提出了一种基于粒子群优化的飞行器地形匹配新算法。该算法以参考导航系统测量位置为中心规划真实位置的搜索范围, 从基准地形图上提取相应的地形高程数据, 然后将粒子群优化算法引入匹配区搜索, 并将得到的地形剖面像元高程参量作为粒子群体中的粒子。在此基础上, 采用归一化积相关函数作为粒子适应度函数, 通过适应度最大度量值来比较基准子图和实时图剖面的相似程度, 最后通过仿真分析, 比较了基于TERCOM和PSO的匹配算法匹配精度和匹配时间。仿真结果表明, 基于PSO算法的匹配效果优于传统TERCOM算法, 匹配时间虽较TERCOM算法略长, 但满足实时性要求。

根据无人机的飞行任务需要, 提出一种适用于无人机的地形匹配辅助导航系统。该系统采用TERCOM算法和SITAN算法相结合的地形匹配组合导航算法, 以满足无人机机动飞行情况下连续匹配的要求。为验证系统的有效性, 根据真实地形数据, 建立由数字飞机、飞行控制系统、惯性导航系统和地形匹配系统组成的闭环仿真平台, 研究了不同飞行条件对导航精度的影响。仿真结果表明, 该系统能够有效提高无人机的自主导航精度, 具有较高的工程实用价值。

为解决基于雷达高度表探测的地形匹配导航系统探测精度不高、易受电子干扰影响而失效、且在跨海飞行时无法导航的难题，设计了一种激光高度计来代替雷达高度表进行地形探测。采用二极管泵浦固体激光器技术设计激光发射装置，输出近红外/蓝绿双波长激光，既可以测量陆地地形高度，又可以穿透海水探测海底地形；并根据激光高度计拟达到的性能指标选择合适的光电探测器，优化设计了光学系统、扫描系统和信号处理系统。所设计的激光高度计具有体积小、重量轻、高重频、探测灵敏度高、抗电磁干扰能力强等特点。