[发明专利]一种基于地磁熵的匹配区选择方法

说明书

技术领域

本发明属于导航技术领域，特别涉及一种基于地磁熵的匹配区选择方法，适用于地磁辅助导航的匹配区的选择。

背景技术

随着国民经济的发展，导航定位技术已日益成为交通管制、救灾救护、物流管理、土地普查、勘测等领域不可或缺的技术手段；军事领域的精确打击依赖于高精度、高可靠的导航手段，并且对自主隐蔽性提出了要求。

目前导航技术领域的导航手段比较丰富，各有特点，主要有惯性导航、卫星导航、地形辅助导航、重力辅助导航、地磁辅助导航等。惯性导航能够连续输出全部导航参数，可完全自主工作，具有隐蔽性好、不受气象等条件限制的特点在军事应用领域得到广泛应用，但是它的初始校准时间较长，误差会随时间累积，难以长时间高精度工作，并且体积大、价格昂贵。卫星导航系统精度高，是一种全球全天候的导航系统，它具有较高的精度但自主性较差，信号经常受到建筑物、茂密树林等的遮挡，易受干扰甚至被攻击，在实际应用中会受到应用环境和其它国家的制约。地形辅助导航在平原、水面上导航效果很差；重力辅助导航的仪器设备价格昂贵。地磁辅助导航利用磁传感器敏感的地磁矢量进行定位，具有体积小、成本低、隐蔽性强、中高精度、连续导航的特点，当其它导航方式受限制时，是一种有效的导航手段。

地磁辅助导航的原理是在预先选定的载体轨道中选取某段地区上独特性好的地磁场为匹配区域，将其制成基准参考图并数字化储存在载体计算机存储器中，当载体经过匹配区域时，载体上的传感器实时地测定飞行轨道上地磁场的磁场总量值。实时测定的磁值与预存的匹配区域地磁图在计算机中进行相关匹配计算，得到的匹配点序列作为载体的估计轨迹。匹配区域的选择在地磁辅助导航中十分关键，匹配区的独特性直接决定了导航的性能和效果。匹配区的独特性可以通过在匹配区进行多次飞行试验的匹配结果反映；但是这样做费时费力，因此人们往往通过分析地磁场数据的特性来寻找匹配区独特性好的匹配区。匹配区磁场是以二维离散数据的数字化形式存储，可以从统计的角度对其进行描述，常用的统计特征指标有标准差、峰态系数、偏态系数。标准差反映了数字地图的起伏变化程度，峰态系数反映了数值的集中程度，偏态系数反映了数字地图的对称性和歪斜程度。这些指标从不同方面反映了存储的地磁图的独特性，却都忽略了在地磁图制备过程中的噪声影响。在地磁图中噪声的来源可以分为两类：一种是在进行勘测时仪器本身和周边工作环境影响引起的噪声，这类噪声主要表现在存储的地磁图会出现某些地磁值出现很大的偏差；另一种是在地磁图插值时引起的噪声，由数字图像处理的知识可以知道，这类噪声的影响表现在地磁图会出现辐射失真现象，两种噪声都会导致地磁辅助导航中的匹配定位精度不高甚至错误的现象。因此标准差、峰态系数、偏态系数等选择方法在不考虑噪声影响的情况下可能选取的匹配区独特性不是最优从而影响地磁辅助匹配导航的效果。

发明内容

本发明的目的是：克服传统标准差等度量准则的不足，使用地磁熵来刻画匹配区的地磁场独特性，为规划载体航迹时导航匹配区的选择提供了依据。

本发明的技术解决方案为：一种基于地磁熵的匹配区选择方法，包括以下步骤：

(1)将规划航迹上的地磁场区域任意划分成N块候选匹配区，根据匹配精度的要求和载体存储容量选取每块匹配区地磁图合适的网格精度和存储范围；

(2)计算每块候选匹配区进行地磁熵H_k，k＝1，2，...，N；

(3)比较所有候选匹配区地磁熵H_k，k＝1，...，N，地磁熵最小所对应的匹配区为最优匹配区。

步骤(1)中的候选匹配区划分的块数N为3～7块。

步骤(2)中地磁熵H_k计算如下：

(i=1，2，...，I_k，j=1，2，...，J_k)，

式(1)中为第k块候选匹配区地磁场值，I_k和J_k分别为数字地磁图经度方向最大坐标值和纬度方向最大坐标值。两个坐标值满足下列不等式：

式中，N为候选匹配区划分块数，m为载体存储的地磁图中地磁值存储字节数，R为载体计算机存储容量。

本发明的原理是：地磁辅助导航的性能与选取的匹配区地磁场的独特性有直接的关系，匹配区地磁场越独特，匹配概率越高，匹配效果越好。匹配区的独特性可以通过在匹配区进行多次飞行试验的匹配结果反映；由于这样做费时费力，因此人们往往通过分析地磁场数据的特性来寻找匹配区独特性好的匹配区。地磁场在制备成地磁图的过程中会产生噪声，因此可以使用存储地磁图的信噪比来衡量匹配区地磁场的独特性。