[发明专利]一种基于磁趋势航向策略的地磁仿生导航方法

说明书

本发明提出一种基于磁趋势航向策略的地磁仿生导航方法，包括起点地磁采样、选择初始航向角、载体运动、根据磁趋势进行航向决策等步骤。本发明借鉴自然界动物利用地磁场进行迁徙、归巢等活动的思想，利用实时地磁信息获取当前磁趋势并进行航向决策，具有搜索效率较高、隐蔽性强、抗干扰能力强、完全自主等优势。

技术领域

本发明涉及一种基于磁趋势航向策略的地磁仿生导航方法，属于地磁导航技术领域。

背景技术

地球磁场中包含着丰富的导航信息，蕴含着多种地磁参量。多种地磁参量的相互组合保证了地磁信息与位置坐标具有一一对应的关系，这为地磁导航提供了依据。地磁导航中热门的地磁匹配导航利用磁传感器得到实时地磁数据与先验数据库(地磁图) 进行匹配，确定出载体的位置信息。这种方法依赖于精确的先验地磁图，很难应用到陌生的环境中。

受到自然界动物利用地磁信息进行迁徙、归巢等行为的启发，一些研究者将研究重点转移到地磁仿生导航，其中以进化搜索算法为代表，这种算法以某一概率从种群中选择航向角，具有较大的随机性，收敛慢，耗时长，搜索效率较低。

发明内容

针对于以上导航算法的不足，本发明提出一种基于磁趋势航向策略的地磁仿生导航方法，利用实时地磁信息得到当前磁趋势并进行航向决策，具有搜索效率较高、隐蔽性强、抗干扰能力强、完全自主等优势。

本发明的技术方案为：

所述一种基于磁趋势航向策略的地磁仿生导航方法，包括以下步骤：

步骤1：起点地磁采样：

水下航行器根据按照设定的速度，以起始位置为圆心，作半径为r的匀速圆周运动，并以采样周期T采样得到圆周轨迹上的地磁值；

步骤2：选择初始航向角：

计算步骤1中每个采样周期地磁值的目标函数值，并且以目标函数值最小的航向角作为选定的初始航向角进入步骤3，所述目标函数为

其中表示起始位置的第i个地磁参量值，表示目标位置的第i个地磁参量值，表示k时刻的第i个地磁参量值；n为选定的地磁参量个数；

步骤3：载体运动：

从当前位置z以选定的航向角、给定速度和固定时长航行至新位置z+1，并计算新位置的目标函数F(z+1)：

表示新位置z+1的第i个地磁参量值；并得到n个地磁参量子目标函数f_i(B^z+1)：

步骤4：判断是否到达目标位置，如果到达目标，则方法结束，否则进入步骤5；

步骤5：根据磁趋势进行航向决策：

若F(z+1)-F(z)＜0且对于n个地磁参量的子目标函数均有f_i(B^z+1)-f_i(B^z)＜0，则保持上一时刻航向角作为选定的航向角；若F(z+1)-F(z)＜0但存在子目标函数 f_i(B^z+1)-f_i(B^z)≥0，则在上一时刻航向角的基础上加入一个随机偏转角Δθ作为新的选定的航向角；若F(z+1)-F(z)≥0，则在上一时刻航向角翻转180°的基础上加入一个随机偏转角Δθ作为新的选定的航向角；然后返回步骤3。

进一步的，步骤4中以是否满足目标函数F(z+1)＜μ为依据判断是否到达目标位置，其中μ为设定的阈值。

进一步的，步骤2中选定的地磁参量为磁场总强、东向分量、北向分量、垂直分量、水平分量、磁倾角、磁偏角中的若干个。