[發(fā)明專利]一種基于人工蜂群算法和平均Hausdorff距離的重力匹配方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310437985.X
• 申請(qǐng)日: 2013-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN103487056A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高偉;趙博;周廣濤;于春陽;姜鑫;夏秀瑋;郝勤順;孫艷濤;劉鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/20
• 分類號(hào): G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于重力輔助導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種基于人工蜂群算法和平均Hausdorff距離的重力匹配方法。

背景技術(shù)

上世紀(jì)80-90年代美國和前蘇聯(lián)便相繼開始了研制戰(zhàn)略水下潛器的無源導(dǎo)航輔助系統(tǒng)。最初的輔助方法是基于圖形匹配，包括與海底地形圖、磁場(chǎng)圖的匹配，但由于需要用聲納測(cè)量海底輪廓，導(dǎo)致海底地形匹配的隱蔽性較弱；同時(shí)由于磁場(chǎng)變化復(fù)雜目前還難以真正運(yùn)用到水下潛器導(dǎo)航中，因此重力異常和重力梯度數(shù)據(jù)成為水下潛器導(dǎo)航的主要無源信息資源。重力輔助導(dǎo)航具有精度高、隱蔽性強(qiáng)、自主性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是潛艇等水下航行器理想的水下輔助導(dǎo)航定位手段。

重力匹配算法是實(shí)現(xiàn)重力輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，經(jīng)典的匹配方法有遞推最優(yōu)估計(jì)濾波和相關(guān)值匹配方法兩大類。由于慣導(dǎo)/重力組合濾波模型很難準(zhǔn)確建立，使得遞推最優(yōu)估計(jì)濾波方法難以很好地發(fā)揮作用。近幾年，在相關(guān)值匹配方向有較多研究成果，但是，由于匹配算法復(fù)雜度較高或其他缺陷，一般重力匹配算法很難實(shí)現(xiàn)精確、快速匹配的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種基于人工蜂群算法和平均Hausdorff距離的重力匹配方法，旨在解決一般重力匹配算法的復(fù)雜度高和匹配精度低等缺點(diǎn)。在蜂群算法的基礎(chǔ)上，將外部速度信息作為約束條件，并利用平均Hausdorff距離進(jìn)行篩選，在一定程度上減少誤配的情況。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于人工蜂群算法和平均Hausdorff距離的重力匹配方法,該方法的步驟包括：

步驟一、首先引領(lǐng)蜂隨機(jī)搜索蜜源，實(shí)時(shí)獲取慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的位置信息（經(jīng)度和緯度）及重力儀測(cè)得的重力異常值，其中要考慮重力儀的觀測(cè)延遲；

步驟二、初始化匹配算法參數(shù)：人工蜂群數(shù)量，最大循環(huán)次數(shù)，目標(biāo)函數(shù)的參數(shù)（經(jīng)度和緯度）個(gè)數(shù)，最大限制次數(shù)Limit值；兩組蜂群同時(shí)在相鄰慣導(dǎo)系統(tǒng)指示位置周圍一定鄰域進(jìn)行隨機(jī)搜索，并檢查新位置的花蜜量；

步驟三、根據(jù)搜索到的蜜源計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值，并根據(jù)得到的適應(yīng)度函數(shù)值判斷是否更新蜜源位置：若搜索蜜源位置的適應(yīng)度函數(shù)值小于當(dāng)前位置，更新當(dāng)前采蜜蜂所在蜜源位置，令循環(huán)次數(shù)Cycle＝0，并繼續(xù)計(jì)算轉(zhuǎn)移概率；否則不更新蜜源位置，令Cycle＝Cycle+1，記錄引領(lǐng)蜂停同一位置的循環(huán)次數(shù)，并返回使引領(lǐng)蜂重新隨機(jī)搜索蜜源；

步驟四、根據(jù)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)移概率計(jì)算跟隨蜂選擇跟蹤引領(lǐng)蜂的概率P_i，并判斷跟隨蜂是否跟隨；若判斷結(jié)果為不跟隨，則需要返回使引領(lǐng)蜂重新隨機(jī)搜索蜜源，同時(shí)在蜜源附近搜索，記錄較優(yōu)蜜源位置，更新Cycle的值；若判斷結(jié)果為跟隨，則可以重新搜索至循環(huán)結(jié)束；

步驟五、如果經(jīng)過一定次數(shù)迭代后，得到的最優(yōu)解沒有改進(jìn)，為了避免局部最優(yōu)解，要舍去該位置對(duì)應(yīng)的解，同時(shí)由偵察蜂代替引領(lǐng)蜂產(chǎn)生一個(gè)新的位置；

步驟六、根據(jù)重力異常數(shù)據(jù)庫和由INS慣導(dǎo)提供的位置信息計(jì)算匹配點(diǎn)對(duì)與待匹配點(diǎn)對(duì)的重力異常；

步驟七、將重力儀提供的重力異常和由多普勒測(cè)速儀提供的外界速度信息及由INS慣導(dǎo)提供的位置信息作為約束條件進(jìn)行判斷，然后經(jīng)蜂群搜索得到符合條件的位置點(diǎn)對(duì)；

步驟八、根據(jù)平均Hausdorff距離對(duì)匹配結(jié)果進(jìn)行篩選，利用這一準(zhǔn)則可獲取一個(gè)最佳的匹配結(jié)果；

步驟九、根據(jù)得到的最佳匹配位置對(duì)，將每個(gè)指示位置的兩次匹配結(jié)果取均值，于是，得到各個(gè)指示位置的最佳匹配結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)了重力輔助導(dǎo)航。

進(jìn)一步，在步驟一中，由于重力儀一般工作在強(qiáng)阻尼模式，因此，重力儀輸出的重力變化會(huì)有一個(gè)滯后的過程，這與實(shí)時(shí)導(dǎo)航匹配相矛盾，需要進(jìn)行滯后時(shí)間補(bǔ)償。

考慮到重力儀受厄特弗斯效應(yīng)作用，當(dāng)載體作較大機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)或者航向變化劇烈時(shí)，重力儀觀測(cè)值會(huì)有明顯變化，根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)信息得到的厄特弗斯修正值與重力儀的觀測(cè)值之間會(huì)有一定時(shí)間延遲，考慮此延遲時(shí)間后，慣導(dǎo)系統(tǒng)信息與重力儀數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)同步。

進(jìn)一步，在步驟三中，適應(yīng)度函數(shù)值按下式計(jì)算：