基于迭代计算的地磁轮廓线匹配算法

针对惯性/地磁匹配组合导航系统,提出了一种基于迭代计算的地磁轮廓线匹配新算法,可以有效地修正惯导系统的初始位置误差和初始航向误差,并具有较高的实时性。首先以均方差准则建立匹配轨迹和实测地磁特征量的相关性约束,引入匹配曲线的参数化模型,通过泰勒展开并忽略高阶小项,将相关性约束简化为曲线平移位移和航向误差角的多变量表达式。然后依据相关性准则,将地磁匹配问题转化为以曲线平移位移和航向误差角为变量的非线性方程组的求解问题。采用牛顿迭代求解非线性方程组,实现地磁轮廓线匹配。最后仿真结果表明,基于迭代计算的地磁轮廓线匹配方法的最大匹配误差为传统轮廓线匹配方法的18.2%,为等值线约束迭代最近点匹配方法的7.8%,并且所提出的新方法耗时仅为5 ms,满足实时匹配要求。     

基于仿射模型变换的地磁匹配导航算法

为了提高潜航器上地磁匹配的效率和精度,通过对潜航器惯导系统误差模型的分析,提出了一种基于仿射模型变换的粗精两级地磁匹配定位方法。首先,利用基于等值线约束的相关匹配算法消除导航系统的初始位置误差;其次,采用仿射模型对相关匹配结果的轨迹进行旋转、缩放变换,通过参数扫描实现精匹配的过程。该算法在保证实时性的同时,匹配精度优于1个网格点。     

混沌优化水下地形匹配算法研究

为了解决迭代最近点算法的定位精度和实时性问题,提出了一种基于混沌优化搜索的迭代最近点算法.在该算法中,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,从参考地形图上提取相应的地形高程数据,与对应经纬度位置一起定义成模式类,将模式识别的过程转化成函数优化问题,然后运用混沌优化算法搜索目标函数最小值进行全局寻优,从而获得匹配最近点.仿真结果表明,在保证寻优性能的情况下,可以减少匹配次数,提高识别速度,满足地形匹配精度和实时性的要求.     

地磁匹配中的匹配长度估计方法

在惯导/地磁组合导航系统中,适当选择匹配长度能有效提高匹配概率和匹配精度。针对地磁匹配特点,对匹配长度的选区原则和意义进行了分析,并提出了一种基于逐点迭代的匹配长度确定算法。该算法能够有效地给出匹配长度的估值或上界,使得匹配能在航迹形变最小处获得最优估计,有效提高了组合导航的定位精度。该算法是一个基于仿真实验的算法,通过不确定域的推进,获得地磁图在正反横、纵四个方向上的匹配长度范围,进而获得匹配长度上界。仿真实验验证了算法的优良性能。     

地磁场在导航定位系统中的应用

阐述了地磁匹配导航的基本原理及相关地磁场理论,介绍了国内外应用地磁导航的动向及发展现状,提出了地磁导航系统中三个方面的关键技术:一是导航区域地磁数据库的建立;二是载体上磁力仪的实时测量;三是地磁匹配算法。同时,结合有关地磁建模方法、地磁测量补偿算法及地磁匹配导航定位算法,分析了地磁导航存在的主要问题,指出了发展地磁导航应采取的必要措施,为下一步地磁导航的深入研究明确了方向。     

基于隐马尔可夫模型的地磁匹配算法

为了在地磁特征微弱区域内实现地磁辅助导航以及提高惯性导航系统在地磁特征明显区域内的定位精度,提出了基于隐马尔可夫模型的地磁匹配算法.首先以惯性导航系统定位误差为隐状态,以实时测量的地磁强度为观测量,建立了地磁匹配的隐马尔可夫模型;其次,针对该模型,使用Viterbi算法来确定最优状态序列,给出了惯性导航系统的当前定位误差.仿真结果表明,该算法可以实现地磁辅助导航,导航误差优于EKF算法,组合导航系统的定位误差在50 m左右.     

实时ICCP算法重力匹配仿真

利用地球物理场进行辅助匹配导航是组合导航技术研究领域的新方向,该技术为水下潜器无源定位提供新的手段.迭代最近等值线算法作为重要的匹配导航算法之一,但存在实时性不强、搜索速度慢等缺点.考虑到以上两方面缺点,采用固定初始序列长度的方式对算法采样结构进行改善并推导出单点迭代公式,同时采用滑动窗搜索方式缩小搜索范围提高算法速度,最终实现实时ICCP算法设计.基于MATLAB平台下实现了实时ICCP算法重力匹配仿真系统,仿真系统采用0.4′×0.4′重力异常数据库.由仿真结果可以看出,该实时ICCP算法能够实现单点迭代,匹配结果能实时跟踪真实航迹且匹配精度能达到一个重力图网格.     

地磁日变影响下的地磁匹配算法

针对地磁日变严重影响地磁匹配导航定位精度和可靠性的问题,提出一种地磁日变影响下的地磁匹配算法。首先根据地磁日变的特性,构造地磁日变影响下的均方差相关性准则,补偿地磁日变对匹配结果的影响。然后建立匹配曲线的参数化模型,将相关性准则转化为位置误差、航向误差和地磁日变误差的表达式,从而将地磁匹配转化为非线性方程组的求解。最后采用Broyden算法求解非线性方程组,实现地磁日变影响下的地磁匹配定位。仿真结果表明,在地磁日变场为50 n T时,传统地磁匹配方法发生了误匹配,而本文所提出算法的匹配定位最大经纬度误差为0.0032°,算法耗时16 ms,可以实现地磁日变影响下高精度快速匹配定位。     

基于地磁信号特征的频域相关地磁匹配算法

为减少地磁信号测量误差对地磁匹配定位精度的影响,在研究地磁信号频域特征的基础上,研究了频域相关地磁匹配算法。根据实际测量地磁信号的特点,研究了离散地磁信号的频域特征,利用离散地磁信号频域信息进行匹配定位。通过仿真实验分析了频域相关地磁匹配算法的定位精度及算法鲁棒性。研究结果表明,当地磁信号含有白噪声时,可以取得优于网格精度(100 m)的定位精度,当匹配测量点数相对粗大噪声点个数具有绝对优势时,算法鲁棒性好。     

自适应SA-ACO地磁匹配导航算法

基本蚁群算法的地磁匹配算法易陷入局部最优且算法鲁棒性、稳定性较低,针对这些不足提出一种改进的地磁匹配导航算法。新算法改进了蚁群算法的信息素更新策略并引入参数自适应调整来避免算法陷入局部最优;同时采用带有记忆功能和自适应选择初始温度的模拟退火(SA)算法,无论算法是否陷入局部最优时通过在本次迭代最优路径上强行随机扰动以实现继续寻优。实验结果表明,新算法比传统蚁群优化(ACO)算法有更强的鲁棒性和稳定性。     

基于电子海图显示信息系统的惯性/地磁组合导航

为实现惯导系统长时间高精度导航,以性能优良的电子海图显示信息系统为开发背景,对地磁匹配辅助惯性导航系统进行了设计和仿真实验。在原有电子海图显示信息系统的基础上开发了数据采集模块、地磁数据库模块、惯导/地磁匹配模块、惯导误差估计模块等功能软件,并对各功能模块进行了深入分析。仿真试验结果证明,基于电子海图显示信息系统的惯性/地磁组合导航达到了校正惯性导航系统,实现高精度导航的目的。     

TERCOM地形高程辅助导航系统发展及应用研究

介绍了地形轮廓匹配（TERCOM）地形高程辅助导航系统的工作原理、系统组成和技术应用，分析了地形轮廓匹配算法的性能指标；着重介绍了地形轮廓匹配辅助导航系统中数字地图、地形相关适配性、匹配搜索算法、实测高程数据采集、组合导航、数字相关器等几项关键技术，有针对性地提出了基于地形信息熵的匹配区域选择、序贯相似度检测搜索（SSDA）、等间距高程数据采集、多组合导航等比较适用的解决方案和应用实例，并通过数据统计和分析进行了论证。     

重力匹配导航的影响模式分析

从重力场匹配导航的改进TERCOM算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统分析,并在此基础上利用海洋年度重力测量数据设计了准实时仿真试验,结果表明:(1)采样长度对匹配结果有重要的影响,采样长度与重力基准图的分辨率比值在10~20之间时,能够获得较好的匹配效果;(2)适当增加采样间隔可以在一定程度上提高匹配的整体精度,但增加了匹配失效的风险,实际应用中采样间隔以2~4 min为宜;(3)重力测量白噪声误差对匹配结果影响相对较大,过大的误差将不能得到有效匹配,水下重力测量误差最好能控制在2 mGal以内。     

地磁缓变区域的多维特征量匹配方法

地磁匹配方法对地磁场分布的特异性有很强的依赖性,地磁场变化平缓区域因特异性不足容易导致匹配失效。针对该问题,利用地磁场具有多个要素描述的特点,提出一种多特征量匹配的改进算法。同时测量航迹上地磁场多个要素,采用平均绝对差作相似性度量,建立多目标最小距离度量指标,进一步将多目标函数统一为加权组合的单目标优化问题,根据各要素地磁场变化特征给出实用的权系数赋值方法。仿真实验表明在单一特征量匹配概率仅有25%的平缓地磁区域,本文提出算法在特征量为三个的条件下可实现86%的较高匹配概率,从而降低了算法对匹配区域特异性的要求,并通过地磁场要素维数对匹配性能影响的数值仿真得到维数选择2-3为宜。     

相关地磁匹配定位技术

地磁匹配定位算法的本质是数字地图匹配，相关匹配算法是数字地图匹配的有效算法。在地磁导航中该匹配算法自适应实时构造基准数据序列，并以Hausdorff距离作为相关判断准则。为了提高了算法实时性，提出了预匹配和精匹配相结合的改进措施优化了运算过程。在预匹配过程中，由于地磁数据的离散性，搜索步长定为一个基本网格单元，并与序贯相似检测原则相结合，这样可快速排除非匹配区，筛选得到精匹配所需要的可行区域。在精匹配中，引入了双线性插值法对地磁场原始数据进行加密内插以提高匹配精度。最后利用地磁场数据进行了仿真试验，结果表明在一定条件下该相关匹配算法对地磁导航具有适用性。     

基于并行卷积神经网络的地磁方向适配性分析

针对地磁方向适配性分析时人工特征提取主观性较强、所取特征难以表达深层的结构性特征的问题,并为了进一步提高方向适配性分析的准确率,提出了一种基于并行卷积神经网络的地磁方向适配性分析方法。首先,从不同角度建立了地磁场在6个代表方向上的适配性分析图;然后,从同一磁场的不同角度出发,利用卷积神经网络自动完成了特征学习,得到了更为全面的方向适配性特征描述;最后,在并行卷积神经网络所得特征的基础上,利用BP网络建立了地磁方向适配性的分析模型。仿真结果证明,该方法可以有效避免人工特征提取和计算等复杂步骤,实现了地磁方向适配性分析的自动化,而且可以获得优于传统网络和单路卷积神经网络的准确率。     

基于Unscented Kalman滤波的飞行器天文/地磁自主导航算法研究(英文)

针对地磁场模型精度低而引起的导航精度不高及基于轨道动力学方程的天文导航算法的局限性问题,提出了一种利用天文/地磁信息为观测量的飞行器自主导航方法,并建立了动力学方程,同时推导了观测方程。算法采用星光矢量与地磁矢量的夹角为观测量,采用UKF滤波器估计飞行器的速度和位置,并进行了仿真研究。仿真结果表明,该算法的精度要远高于单纯的地磁导航,滤波的收敛性和稳定性较好,导航误差不随时间累积,有工程应用价值。     

巡航飞行器惯性/地磁组合导航方法的误差(英文)

地磁辅助导航是组合导航技术的新方向,而导航误差的研究是分析惯性/地磁组合导航性能的重要内容之一。以等高或近似等高飞行的巡航飞行器为应用对象,建立了惯性/地磁组合导航系统的卡尔曼滤波器;通过仿真结果并结合理论分析重点讨论了校正方式、惯性器件测量精度、地磁场特征与磁测误差、基准图的网格间距、滤波周期、初始位置与初始速度误差等各种因素对位置和速度等导航误差的影响。