[發(fā)明專利]一種重力匹配導(dǎo)航中基于空間順序的誤匹配檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710480205.8
• 申請(qǐng)日: 2017-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107389061A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王博;韓雨蓉;鄧志紅;肖烜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/20;G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 李微微,仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種重力匹配導(dǎo)航中基于空間順序的誤匹配檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是水下定位的主要設(shè)備。由于慣導(dǎo)的位置誤差會(huì)隨時(shí)間累積，長(zhǎng)時(shí)間航行時(shí)需要進(jìn)行重調(diào)和校正才能保證載體的定位精度。利用重力信息校正慣導(dǎo)的累積誤差能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)源導(dǎo)航，因此重力匹配輔助導(dǎo)航是值得研究的方法。重力輔助慣導(dǎo)系統(tǒng)包括慣導(dǎo)系統(tǒng)，重力匹配算法，濾波環(huán)節(jié)，重力測(cè)量和重力數(shù)據(jù)背景圖等部分。

在重力匹配導(dǎo)航中，算法定位精度深受航行區(qū)域的重力異常數(shù)據(jù)分布影響。重力異常數(shù)據(jù)分布的不規(guī)則和不確定性，導(dǎo)致匹配導(dǎo)航在不同航行位置通過(guò)重力異常數(shù)據(jù)實(shí)施匹配定位的效果差異大。尤其在實(shí)時(shí)單點(diǎn)匹配算法中，因?yàn)槠ヅ錅?zhǔn)則多基于當(dāng)前點(diǎn)或者前后相鄰點(diǎn)信息，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)匹配點(diǎn)的定位誤差差異較大的情況，甚至有定位誤差大于慣導(dǎo)定位誤差的情況發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為了克服單點(diǎn)匹配算法定位誤差標(biāo)準(zhǔn)差大的問(wèn)題，考慮利用慣導(dǎo)軌跡的形狀特性，對(duì)匹配結(jié)果中的誤匹配點(diǎn)對(duì)進(jìn)行檢測(cè)，提出了一種基于空間順序的誤匹配檢測(cè)的方法。算法利用空間順序約束和仿射變換差約束篩選和確定匹配序列中的錯(cuò)誤匹配點(diǎn)對(duì)。

本發(fā)明的一種基于空間順序的誤匹配檢測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟1、定義點(diǎn)集P為慣導(dǎo)提供路徑段中軌跡點(diǎn)集合，點(diǎn)集Q為匹配后路徑段中對(duì)應(yīng)的軌跡點(diǎn)集合；分別建立點(diǎn)集P中各個(gè)軌跡點(diǎn)的KNN圖和點(diǎn)集Q中各個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)圖；然后根據(jù)KNN圖建立點(diǎn)集P的距離順序矩陣D_P和角空間順序矩陣S_P，根據(jù)點(diǎn)集Q中各個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)圖建立點(diǎn)集Q的距離順序矩陣D_Q和角空間順序矩陣S_Q，由此再獲得點(diǎn)集P中各個(gè)軌跡點(diǎn)的角空間順序序列O(p_i)和點(diǎn)集Q中各個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的角空間順序序列O′(q_i)；再將點(diǎn)集Q作為慣導(dǎo)提供路徑段，點(diǎn)集P作為對(duì)應(yīng)的匹配后路徑段，獲得點(diǎn)集Q中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角空間順序O(q_i)，再得到點(diǎn)集P各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的角空間順序O′(p_i)；

步驟2、通過(guò)編輯距離計(jì)算角空間順序O(p_i)和角空間順序O′(q_i)的空間順序差異并存儲(chǔ)在Dif1(i)中，計(jì)算角空間順序O(q_i)和角空間順序O′(p_i)的空間順序差異存儲(chǔ)在Dif2(i)中；

步驟3、針對(duì)點(diǎn)集P和Q中每一組對(duì)應(yīng)點(diǎn)的空間順序差異Dif1(i)和Dif2(i)，在Dif1(i)和Dif2(i)均小于設(shè)定值的所有點(diǎn)對(duì)中，將擁有最大空間順序差異Dif1(i)或者空間順序差異Dif2(i)的點(diǎn)對(duì)挑出，作為候補(bǔ)異常點(diǎn)；如果沒(méi)有這樣的點(diǎn)對(duì)，空間順序差Dif1(i)或者Dif2(i)小于空間順序差異Dif1(i)和Dif2(i)中最大值的點(diǎn)被視為候補(bǔ)異常點(diǎn)；如果所有剩余的點(diǎn)對(duì)的空間順序差都為0，則所有點(diǎn)被視為候補(bǔ)異常點(diǎn)，然后執(zhí)行下一步；

步驟4、設(shè)置C為匹配向量，表示點(diǎn)集P和點(diǎn)集Q中各對(duì)軌跡點(diǎn)是否為匹配點(diǎn)，1表示匹配點(diǎn)，0表示誤匹配點(diǎn)；C的向量長(zhǎng)度等于點(diǎn)集P的長(zhǎng)度，其初始值設(shè)置為[1，1，...1]；定義C_Outlier為候補(bǔ)異常點(diǎn)向量，存儲(chǔ)步驟3確定的候補(bǔ)異常點(diǎn)；根據(jù)C_Outlier中候補(bǔ)異常點(diǎn)，將C中的相應(yīng)變量C(i)的值置零；然后根據(jù)以下步驟確定候補(bǔ)異常點(diǎn)是否為最終確認(rèn)的誤匹配點(diǎn)：

1)、計(jì)算點(diǎn)集P和點(diǎn)集Q的變換誤差E_pre：

其中，Nr是點(diǎn)集中非候補(bǔ)異常點(diǎn)的個(gè)數(shù)，仿射變換參數(shù)T是初始點(diǎn)集P和Q在刪除候補(bǔ)異常點(diǎn)前的變換關(guān)系；

2)、每次刪除一對(duì)候補(bǔ)異常點(diǎn)，得到兩個(gè)新的點(diǎn)集P′和Q′；兩個(gè)新點(diǎn)集P′和Q′的仿射變換參數(shù)為T′，刪除C_Outlier中第k個(gè)候補(bǔ)異常點(diǎn)對(duì)后的點(diǎn)集P′和Q′的變換誤差為

其中，k∈C_Outlier；

遍歷候補(bǔ)異常點(diǎn)序列C_Outlier中所有的候補(bǔ)異常點(diǎn)對(duì)后，得到各個(gè)候補(bǔ)異常點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變換誤差；

3)候補(bǔ)異常點(diǎn)序列C_Outlier中第k個(gè)候補(bǔ)異常點(diǎn)的變換誤差差異通過(guò)下式計(jì)算：

4)、定義兩個(gè)代價(jià)函數(shù)E_maxchange和E_cost：

表示從所有候補(bǔ)異常點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變換誤差找到最大值；