[發明專利]基于多波束的多路徑并行ICCP水下地形匹配方法

有效

• 申請號: 201710789066.7
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107643082B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 徐曉蘇;王捍兵;張濤;李瑤;吳梅;童金武
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發明公開了一種基于多波束測深數據的多路徑并行ICCP水下地形匹配方法，該方法在傳統ICCP算法基礎上，充分利用多波束測深數據特性，選取測深條帶中央和兩邊緣的三條路徑，設定相應權值和位置約束，采用并行ICCP算法輔助慣導實現導航定位。本發明有效解決了傳統ICCP算法在初始誤差較大時匹配失敗的問題，且算法匹配精度更高。

技術領域

本發明屬于慣性導航技術領域，具體涉及一種基于多波束測深數據的多路徑并行ICCP水下地形匹配方法。

背景技術

水下地形匹配導航是利用地形匹配技術來實現水下精確定位的自主、全天候的導航方式，對于水下航行器長時間水下航行時的精確定位具有重要的作用。海底地形測量作為測繪科學研究的重要組成部分，其測量結果在水下地形匹配導航中具有重要的作用。隨著計算機科學技術、數字信號處理技術和聲吶技術的進步，海洋地形測量技術發生了深刻的變化。20世紀60年代中期，在美國Woods Hole Oceanography Institution(WHOI)誕生了世界上第一部多波束測深聲吶，從此海底地形測量的作業模式從傳統單波束回聲測深儀的“點線”測量模式轉變為多波束條帶狀“線面”測量模式。

慣性導航系統具有無源性和自主性，因此水下航行器一般采用以慣導為核心的導航系統來實現水下自主隱蔽導航。但慣性導航系統存在誤差隨時間累積而發散的缺陷，需要其它導航方式實時或定期修正來抑制其累積誤差，從而保證水下航行器長航時和高精度的要求。海底地形輔助導航通過水下地形特征傳感器測量出水下載體經過海底的地形特征，結合導航設備估算出地形特征的位置，在數字海圖存儲裝置中搜索出與測得的地形特征有最佳擬合的地形特征，該海底地形特征在數字地形海圖中所處的位置就是對水下載體位置的最佳匹配點，并利用最佳匹配位置對推算導航設備進行修正。如此不斷循環，便可提高推算導航設備的精度，從而獲得精確的導航信息。

在海底地形輔助導航系統中，合適的匹配算法是核心技術之一，這也是當前相關領域的重點和熱點研究問題。經典的匹配算法由地形輪廓匹配方法(TERCOM)、桑迪亞慣性地形輔助導航方法(SITAN)和基于等值線的最近點迭代方法(ICCP)。ICCP算法最初來源于圖像配準的ICP算法，它不需要事前確定對應估計，只是不斷重復運動變換、確定最近點的過程，逐步改進運動估計。盡管ICCP匹配算法易于實現，但由于算法僅通過慣性導航系統指示航跡進行剛性旋轉和平移變換來實現最近等深點的迭代配準，因此在初始位置誤差較大情況下容易出現匹配失敗的問題。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中算法在原理上的缺陷，通過充分利用多波束測深數據特性，有效解決傳統ICCP算法在初始誤差較大時匹配失敗的問題且算法匹配精度更高的一種基于多波束測深數據的多路徑并行ICCP水下地形匹配方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種基于多波束測深數據的多路徑并行ICCP水下地形匹配方法，包括如下步驟：

步驟一：通過多波束測深儀進行條帶數據的采集，選取條帶數據中的多個數據點組成多條路徑作為初始序列，并且通過數字地圖提取等深線；

步驟二：設定路徑匹配權值；

步驟三：計算不同路徑同一扇面測量點相關距離值；

步驟四：通過慣導系統指示位置設置迭代初始值，并且對初始序列在測量水深值對應的水深等值線上尋找最近點；

步驟五：求解剛性變換T；

步驟六：判斷剛性變換T是否收斂，如果沒有收斂，返回步驟四進行下一步迭代，直至收斂，即T停止顯著變化；

步驟七：進行精度評估，判斷匹配是否可靠。如果可靠，則經過迭代后獲得的校正集合即為校正后的最優參考航跡點。

根據上述步驟，本發明的具體步驟為：