[发明专利]一种AUV地形匹配导航滤波方法

说明书

本发明提供的是一种AUV海底地形匹配导航的滤波方法。包括对地形匹配定位的误差估计，地形匹配定位的似然函数修正，地形匹配定位的置信区间估计，参考导航与地形匹配结果的融合滤波。本发明的主要部分是地形匹配定位的误差估计方法、地形匹配定位数据和参考导航数据的融合方法，地形匹配导航计算机接收参考导航数据和实时地形测量数据，通过匹配定位，融合滤波两个步骤得到定位位置估计，然后将位置信息送入参考导航计算机进行导航修正，实现连续的递推导航。

技术领域

本发明涉及的是一种水下地形匹配导航方法，具体地说是一种AUV的地形匹配导航滤波方法。

背景技术

水下地形匹配导航具有无累计导航偏差的优点可作为推算导航的偏差修正，修正过程实际上是地形匹配定位结果与推算导航结果的融合滤波过程，由于地形匹配定位通常不具有连续性以及地形变化的具有很强的随机性容易导致滤波结果的发散。目前地形匹配导航方法主要有TERCOM方法，SIATN方法。TERCOM法属于批处理算法，通过获得航线下方的部分地形与载体携带的先验地形配准获得定位位置，TERCOM算法不涉及滤波和递推导航的问题，由于没有充分利用推算导航的信息，导致算法本身不具备较好的可靠性和连续导航能力；SITAN方法属于递推形式的导航方法，但递推过程需要进行地形的线性化，由于地形具有很强的非线性特征和较大的测量误差，这容易导致滤波发散。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现连续的地形匹配导航和非连续的地形匹配导航，提高导航方式的灵活性的AUV地形匹配导航滤波方法。

本发明的目的是这样实现的:

AUV在水下航行l_t|t距离之后到达地形匹配导航的修正点，推算导航给出了推算导航位置推算导航的误差并开启地形匹配导航程序，此时按照如下的步骤完成地形匹配导航的滤波；

步骤一、向地形匹配导航系统输入初始数据，所述初始数据包括：推算导航位置推算导航误差AUV航程当前时刻测量得到的地形Z以及先验地形图h；

步骤二、计算地形匹配定位的搜索区间估计，所述搜索区间由下式确定：

其中：λ_x，λ_y表示导航偏差占载体的运行里程的百分比，由参导航系统的统计结果事先给出；α≥1表示放大倍数，取(1,1.5]；

以为中心，和为x方向和y方向的长度构成的矩形区域就是搜索区间X_S；

步骤三、地形匹配定位，

根据步骤二中计算得到的搜索范围X_S开始进行地形搜索匹配，假设潮差为t_ij，搜索点ij的先验地形插值序列与测量地形的高度偏差序列：

假设地形高度偏差序列满足白噪声分布而潮差是常量，得到搜索点ij的潮差和地形测量误差估计：

得到了潮差的估计值之后，计算测量地形和先验地形的真实相似程度：

其中：h(x_ij,y_ij)表示测量序列点(x_ij,y_ij)在先验地形图h中的插值结果；z_ij∈Z，Z表示测量地形，z_ij表示测量地形内的点；

查找似然函数L_ij值最大的位置得到地形匹配定位的位置得到定位位置后将定位位置的潮差估计和测量地形的误差估计作为当前定位位置的最优潮差估计和测量误差估计记为：

步骤四、地形匹配地位结果的有效性检验