[發明專利]基于PSO和ICCP的地磁匹配導航方法

在審

• 申請號: 202111553624.2
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114279438A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 王立輝;許寧徽;伍韜;應澤華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01C21/16
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.基于PSO和ICCP的地磁匹配導航方法，包括如下步驟，其特征在于：

(1)以固定頻率采集載體的位置與對應點的地磁場強度，并由慣導系統輸出一條慣導指示軌跡各軌跡點位置對應的地磁實測值為

(2)之后采用多次匹配選取最優軌跡的策略，由滑動窗口在全局搜索區域中生成子區域，在滑動窗口指示的初始化子區域內隨機生成一系列服從二維正態分布的粒子，之后通過四叉樹法管理優化隨機生成的初始化粒子，剔除冗余粒子；

由PSO對慣導指示軌跡進行粗匹配，每個粒子由一組軌跡修正參數構成，對應一條經過仿射變換的匹配軌跡，粒子u＝[p_x,p_y,a,θ]，參數分別表示慣導指示軌跡在x，y方向的平移修正、航向角修正與縮放修正，則該粒子對應的匹配軌跡為：

其中為粒子對應軌跡的第i個軌跡點坐標，為慣導指示軌跡的第i個軌跡點相對于初始軌跡點的相對位置坐標；

PSO在初始化區域通過四叉樹生成初始粒子后，通過對粒子的不斷迭代更新，使慣導指示軌跡不斷逼近真實軌跡，最終輸出最優匹配軌跡，粒子的迭代更新公式為：

其中和分別為第t次迭代中第i個粒子的速度和位置，c₁、c₂是學習因子，r₁、r₂是均勻分布在[0,1]上的隨機數，w是慣性權重，p_i和p_g分別是當前粒子經歷過的最優位置和全局最優粒子位置；

粒子的優劣由粒子適應度評價，粒子適應度f_i^t磁測量序列和粒子軌跡在地磁基準圖中的對應地磁值序列的絕對平均差計算：

(3)之后再使用ICCP對PSO獲取的粗匹配軌跡進行細匹配，ICCP匹配算法以待匹配軌跡X的最近等值線點序列S為目標，通過對軌跡迭代進行剛性變換T，得到軌跡Y，使每個軌跡點在地磁基準圖中的對應地磁值序列盡可能接近實際航跡p的磁測數據在地磁基準圖上對應的地磁等值線C；

重復上述步驟直到連續兩次迭代的軌跡變換差小于設定閾值，以最后一次迭代后的軌跡作為此次匹配的結果，終止條件由下式計算：

其中，θ_now、θ_before和l_now、l_before分別為前后兩次剛性變換的角度和長度，δ_θ和δ_l分別為設定的角度和長度閾值；

(4)對慣導指示軌跡重復進行(2)、(3)中的匹配，獲取M條候選匹配軌跡，通過ICCP算法收斂度和匹配軌跡與真實軌跡的軌跡相關性對各軌跡進行評價，并基于多屬性決策選取最優軌跡輸出；

ICCP算法收斂度通過輸出軌跡和ICCP最后一次迭代的最近等值線點序列之間的平均歐式距離描述：

其中，D_j是第j條候選軌跡的算法收斂度，N是軌跡點數目，Y_i是候選軌跡點，S_i是最后一次迭代的最近等值線點，W_i是該點權重；

匹配軌跡與真實軌跡的軌跡相關性C_j由線性相關性R_j和地磁強度相關性I_j共同描述：

C_j＝I'_j+R'_j

其中R'_j和I'_j分別為經過歸一化處理后的線性相關性和地磁強度相關性；

之后使用熵權法對算法收斂度和軌跡相關性加權融合，得到軌跡綜合評價指標，選取最優軌跡輸出，實現對慣導累積誤差的有效消除和高精度自主導航定位。

2.根據權利要求1所述的基于PSO和ICCP的地磁匹配導航方法，其特征在于：步驟(3)中剛性變換通過下式計算：

Y_i＝[R_i|T_i]X_i＝R_iX_i+T_i

其中剛性變換矩陣為[R_i|T_i],R_i為旋轉矩陣，T_i為平移矩陣。待匹配軌跡點X_i(x_i,y_i)經過剛性變換到點Y_i(x_i,y_i)。