[發(fā)明專利]一種基于三角形約束模型的無源導航的等值線匹配方法

有效

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• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102168979A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設計）人: 朱莊生;房建成
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發(fā)明涉及了地球物理場(地形/地磁/重力)輔助慣性導航，主要針對輔助導航系統(tǒng)中匹配算法的初始匹配方法。

背景技術

地球物理場(地形/地磁/重力)輔助導航方法是一種十分有效的對慣性導航系統(tǒng)誤差進行重調(diào)校正的方法，屬于真正意義上的無源導航，因此受到了越來越多的關注。對于無源導航系統(tǒng)，通常在進入地球物理場導航圖適配區(qū)域時，運載體在經(jīng)過了相當長時間航行后由單純慣性導航輸出的導航位置和航向角都已積累了較大的誤差，因此，利用地球物理場信息來校正慣導系統(tǒng)的大位置誤差是地球物理場輔助慣性導航應首要解決的問題。

目前地球物理場輔助導航方法主要有分批處理的TERCOM算法(Terrain?Contour?Matching)和遞歸處理的SITAN算法(Sandia?Inertial?Terrain?Aided?Nayigation)兩種。TERCOM算法主要以ICCP算法(Iterated?Closest?Contour?Point)為代表，ICCP算法首先在地球物理場觀測值所在的等值線上尋找距離慣導指示位置最近的點集，在此基礎上進行迭代，求取每次迭代的旋轉(zhuǎn)和平移變換，使上次迭代點集經(jīng)變換后與該點集在等值線上的最近點點集的距離平方價值函數(shù)最小，將經(jīng)過若干次迭代后的結(jié)果作為匹配點集。ICCP算法是在將慣導指示位置在對應等值線上的最近點作為真實位置的基礎上建立起來的，因此算法的應用受到慣導指示位置與載體真實位置之間的誤差必須足夠小的假設條件的約束。SITAN算法利用Kalman濾波技術對實時采集的測量數(shù)據(jù)進行遞歸處理，從而得到慣導系統(tǒng)誤差的最優(yōu)估計。但是，載體位置誤差與地球物理場異常值變化量成線性關系的假設只有當真實位置在慣導指示位置不遠處時才成立，在慣導位置誤差很大的情況下會引起誤匹配。由以上的分析可知，無論是TERCOM算法還是SITAN算法，在慣導定位誤差較大的情況下均不可用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術解決問題：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于三角形約束模型的無源導航的等值線匹配方法，它利用慣導系統(tǒng)連續(xù)兩次采樣間的距離信息和相對轉(zhuǎn)向角構(gòu)建高精度三角形幾何約束模型，再基于三角形約束模型進行等值線匹配，故而保證三角形的精度只與慣導短時精度有關，而不受慣導系統(tǒng)長期累積誤差的影響，具有可靠的置信度。

本發(fā)明采用的技術方案步驟如下：一種基于三角形約束模型的無源導航的等值線匹配方法，實現(xiàn)步驟如下：

第一步，判斷運載體已進入地球物理場適配區(qū)域Ω，選取運載體所承載的地球物理場傳感器連續(xù)的三個采樣點，三個采樣點所對應的時間分別為t₁、t₂和t₃時刻；

第二步，構(gòu)建三角形幾何約束模型，并結(jié)合地球物理場參考圖所提供的場值與實測地球物理場值之間的尺度變化構(gòu)建幾何約束模型的三角形頂點位置誤差置信區(qū)間δ；所述構(gòu)建三角形幾何約束模型的過程為：首先獲取慣導系統(tǒng)在時間段t₁t₂、t₂t₃內(nèi)輸出的運載體相對行駛距離l₁、l₂及在t₂時刻的相對轉(zhuǎn)向角θ；然后，利用l₁、l₂和θ三個參數(shù)構(gòu)建三角形幾何約束模型；

第三步，獲取運載體承載的地球物理場傳感器在t₁、t₂和t₃時刻三個采樣點地球物理場值分別對應的全部等值線C₁、C₂和C₃；

第四步，構(gòu)建運載體在采樣點t₁時刻慣導系統(tǒng)提供的航向角扇形誤差置信區(qū)間V，然后以等值線C₁的點集P₁內(nèi)任意一點為起點，基于航向角扇形誤差置信區(qū)間V和三角形幾何約束模型，尋找運載體在等值線C₂上與之對應的初始匹配點，最終獲取運載體在等值線C₂上的初始匹配點集

第五步，以初始匹配點集內(nèi)任意一點為起點，基于三角形幾何約束模型，尋找運載體在等值線C₃上與之對應的初始匹配點，獲取運載體在等值線C₃上的初始匹配點集

第六步，獲取同時滿足t₁、t₂和t₃時刻匹配點形成初始匹配集；