[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

本發明提出了基于PSO和ICCP的地磁匹配導航方法，步驟包括：1、在地磁匹配時間段內獲取地磁測量值以及同時刻的慣性導航系統(INS)指示坐標；2、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，每次匹配分別在不同子區域內由四叉樹生成初始化粒子，再先后使用PSO、ICCP對慣導指示軌跡分別進行粗、細匹配，從而獲取一系列的候選軌跡；3、將最優軌跡的選取視作多屬性決策問題，對每一條候選軌跡，分別使用其與真實軌跡的磁測序列的軌跡相關性和ICCP算法收斂度進行綜合評價，進而選取最優軌跡輸出，可以有效消除慣導累計誤差，提高組合導航系統的定位精度。

技術領域

本發明涉及屬于地磁匹配輔助導航技術領域，尤其涉及基于PSO和ICCP的地磁匹配導航方法。

背景技術

慣性導航系統作為一種典型的航位推算系統，具有良好的自主性和隱蔽性，但是其導航誤差隨時間積累，長期穩定性較差。因此，為了補償慣導累積誤差，需要通過其他輔助導航方式實時或定期修正。其中，地磁導航具有較強的獨立性和無源性，誤差不隨時間積累且隱蔽性好，同時，地磁場作為相對穩定的地球物理場，賦予了地磁導航全天時、全天候、全地域的優良特征。因此，使用地磁導航系統定期校正慣導系統的累積誤差，從而獲得航行器長航時高精度的導航定位，是一種重要的導航方式。

以地磁場大小在位置上具有唯一性作為理論基礎，地磁導航通過地磁匹配算法實現：基于慣導系統提供的參考軌跡位置，在地磁基準圖中尋找與實時測量地磁序列相匹配的最優軌跡。然后通過組合濾波器將匹配結果與慣導系統進行融合，從而修正慣導系統的累積誤差。

而作為地磁導航的關鍵技術，地磁匹配算法很大程度上決定了地磁導航的精度。常用的匹配算法有地磁輪廓匹配(MAGCOM)和迭代最近等值線點算法(ICCP)。其中ICCP對慣導指示軌跡進行剛性變換，使其不斷逼近距離最近的地磁等值線點序列，可以同時消除位置誤差和航向誤差。然而，ICCP只能收斂到局部最優，容易受到初始位置誤差的影響，因此存在過于依賴初始位置的不足。此外，受圖像匹配技術的啟發，粒子群優化(PSO)匹配算法也開始被運用于地磁匹配導航中，并且具有優秀的全局搜索能力，可以實現和ICCP的有效互補。

發明內容

為解決上述技術問題，針對ICCP地磁匹配算法受初始定位誤差影響較大等現有技術中存在的不足，本發明提供了一種基于PSO和ICCP的地磁匹配導航方法，該方法利用PSO獲取一條定位精度相對較高的粗匹配軌跡，再由ICCP進行進一步的細匹配，有效提高了地磁匹配導航定位精度。

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：