[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)的ICCP算法的重力匹配輔助慣性導(dǎo)航方法

有效

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• 申請日: 2014-02-24
• 公開（公告）號: CN103822634A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付夢印;王博;鄧志紅;劉美琪;肖烜
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;楊志兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)的ICCP算法的重力匹配輔助慣性導(dǎo)航方法。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有無源性和自主性，因此水下航行器一般采用以慣性導(dǎo)航為核心的導(dǎo)航系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)水下自主隱蔽導(dǎo)航。但慣性導(dǎo)航系統(tǒng)存在誤差隨時間積累而發(fā)散的缺陷，如果不定期修正，就無法保證其水下航行器長航時及高精度兩個要求，因此必須要通過其他導(dǎo)航方式實(shí)時或定時修正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)來抑制導(dǎo)航系統(tǒng)位置誤差的增長，提高長航時導(dǎo)航精度。目前輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)常采用的無源方法是天文導(dǎo)航、地磁匹配及地形匹配等技術(shù)。近年來，借助地形匹配的技術(shù)成果，重力/慣性、地磁/慣性、GPS/慣性等組合導(dǎo)航的理論方法也相繼成為了國內(nèi)外研究和開放的重點(diǎn)。

重力匹配輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)目前獲得各國的廣泛關(guān)注。地球重力場的變化是地球固有的物理信息，穩(wěn)定性較好，重力數(shù)據(jù)的獲得是一個無源的過程，最大程度保證了潛器導(dǎo)航的隱蔽性和自主性。將重力信息引入慣導(dǎo)系統(tǒng)，通過與慣導(dǎo)系統(tǒng)組合修正，可以形成自主、高精度、高隱蔽性、抗干擾能力強(qiáng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。重力匹配的核心是算法，經(jīng)典的方法是地形輪廓匹配方法（TERCOM）、桑迪亞慣性地形輔助導(dǎo)航方法（SITAN）和基于等值線的最近點(diǎn)迭代方法（ICCP）。ICCP算法是近年來使用較多的一類匹配算法，最初它是用于圖像配準(zhǔn)中，Behzad首次將其引入到水下輔助導(dǎo)航，并給出了具體的實(shí)現(xiàn)形式，Bishop則通過仿真試驗(yàn)系統(tǒng)地驗(yàn)證了該算法的可行性及各種誤差影響。ICCP算法是ICP算法以等值線為匹配單元的特例，它原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

ICCP算法不需要進(jìn)行事先估計(jì)分析，只需對實(shí)測點(diǎn)值不斷重復(fù)迭代，以求得最佳航跡。主要問題涉及等值線提取、最近點(diǎn)的求解和坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換計(jì)算。ICCP算法是針對序列數(shù)據(jù)進(jìn)行的運(yùn)算，在使用前，需采樣出足夠的慣導(dǎo)指示航跡點(diǎn)和重力測量值。地球重力場在小范圍內(nèi)變化并不明顯，因此航行器需要大范圍搜索采樣點(diǎn)才能滿足算法需要特別變化明顯的重力值的要求。潛器在水下航行速度較慢，導(dǎo)致算法在取采樣點(diǎn)和重力值的環(huán)節(jié)上耗費(fèi)大量時間。而此期間慣導(dǎo)誤差繼續(xù)隨時間積累，如若再進(jìn)行匹配，勢必造成一次完整的重力匹配修正慣導(dǎo)耗時長、精度低，相鄰匹配相隔時間也過長，不能達(dá)到最佳匹配的效果。如果將采樣時間縮短，可以提高匹配精度，充分達(dá)到修正慣性導(dǎo)航的目的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)的ICCP算法的重力匹配輔助慣性導(dǎo)航方法，能夠有效地提高重力輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和實(shí)時性，從而減小慣導(dǎo)系統(tǒng)隨時間積累誤差及在慣導(dǎo)系統(tǒng)存在大誤差條件下重力匹配失效的缺陷。

本發(fā)明的基于改進(jìn)的ICCP算法的重力匹配輔助慣性導(dǎo)航方法中，匹配算法模塊將重力儀器實(shí)測得的重力值與預(yù)存重力基準(zhǔn)圖中讀取的重力值進(jìn)行改進(jìn)的ICCP算法匹配，得到接近真實(shí)軌跡的匹配軌跡，將匹配軌跡反饋給慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行軌跡修正，其中，改進(jìn)的ICCP算法包括如下步驟：

步驟一，匹配算法模塊利用重力儀器采集的n個航跡點(diǎn)作為初始序列P₁{p₁，p₂，…，p_n}，進(jìn)行第一次匹配，第一次匹配時采用的剛性變換記為T₁，得到航跡M₁{m_1,1，m_2,1，…，m_n,1}；

步驟二，采集新的航跡點(diǎn)p_n+1，對p_n+1進(jìn)行T₁變換得到m_n+1,1，將m_n+1,1代入航跡M₁中，替換航跡點(diǎn)m_1,1，形成航跡P₂{m_2,1，m_3,1，…，m_n,1，m_n+1,1}，將P₂作為初始序列進(jìn)行第二次匹配，第二次匹配時采用的剛性變換記為T₂，得到航跡M₂{m_2,2，m_3,2，…，m_n+1,2}；