[发明专利]基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法

说明书

本发明公开了一种基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，包括：通过航迹起点小环域格网匹配定位策略，得到水下潜器航迹起点的最佳匹配位置；根据水下潜器航迹起点的最佳匹配位置，通过航迹终点变角度三层环域匹配定位策略，生成大环域待匹配格网点；迭代计算大环域待匹配格网点的匹配效能评价指标，并按最优原则获得大环域范围内水下潜器航迹终点的最佳匹配位置，以实现水下潜器航迹终点的有效匹配定位，进而修正INS系统控制参数并辅助完成水下潜器长航时长航距的航行目标。通过本发明所述的方法，提高了水下潜器重力辅助导航的匹配精度。

技术领域

本发明属于水下导航学、海洋测绘学等交叉技术领域，尤其涉及一种基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)是实现水下潜器自主导航的核心导航系统，具有短时高精度定位特性，但惯性元器件的固有误差和定位解算的多次积分等却导致INS误差随时间累积发散而难以满足潜器长航时高精度的定位目标，因此，INS需要进行定期校准以保持导航精度。

作为地球固有地理属性之一的重力场信息不易受气候、海浪等不确定环境影响并表现出长时间相对稳定性，故重力场信息适合被用于辅助导航，目前重力辅助导航系统作为水下辅助INS导航的一项重要技术并已成为国内外学者研究的国际热点议题。

匹配算法是重力辅助惯导系统的核心，目前常见的重力匹配算法主要包括桑迪亚惯性地形辅助导航算法SITAN、迭代最近等值线点算法ICCP和地形轮廓匹配算法TERCOM。相较而言，TERCOM算法以计算简单、对初始误差不敏感、鲁棒性强、定位精度较高等优点而得到学者的广泛关注和研究。

在提高TERCOM算法匹配精度方面，Liu等提出一种由坐标变换、误匹配检测和卡尔曼滤波相组合的新型INS/TERCOM系统优化结构，并研究其分散式与自适应联邦滤波信息融合算法的匹配性能；Yan等通过整合TERCOM和ICCP而提出一种新的匹配算法，以TERCOM得到初始位置并以ICCP进行精确定位；Yuan等以TERCOM/ICCP算法融合Kalman滤波而提出组合水下辅助导航算法，同时精确匹配精度采用滑动窗口以提高算法效率；Wang等基于TERCOM算法而提出旋转拼接型重力匹配算法；Tong等以二维高斯基函数对局部重力基准图逼近且以拟牛顿BFGS非线性寻优方法解算相关极值匹配模型而提出基于局部重力图逼近的组合匹配算法，同时以TERCOM的粗匹配和以差分法的实测数据预处理来提高算法的匹配精度；Zhao等将TERCOM算法与粒子滤波相组合而提出一种新的地形辅助导航算法以增强BITANII算法的定位精度；Wei等基于加权递减迭代而提出一种相关SITAN算法以解决初始误差和线性误差问题，同时将TERCOM用于算法的相关性处理过程；Zhang等为解决TERCOM算法易受高程测量误差、地形相似性等影响的误匹配问题而提出一种相关面内多参照点联合概率误匹配在线判断准则；Wang等在海斗数据支持下通过TERCOM算法实现地球海洋最深处的无声纳定位；Zhang等利用TERCOM算法仿真分析得出潜器航速、测深精度、初始位置偏差、水下地形特征、数字地图分辨率等主要因素对匹配精度的影响规律。在改善TERCOM算法匹配效率和可靠性方面，Han等融合最短路径算法和新相关分析算法而构建一种改进TERCOM算法，同时通过空间顺序约束和决策准则限制整合机制而提出一种误匹配诊断方法下的新匹配算法，以提高TERCOM的可靠性和匹配精度；刘现鹏等以INS输出的速度和航向信息追踪潜器航迹而提出一种基于航迹线追踪的TERPM定位算法；李钊伟等基于粗-细匹配策略而提出一种新型分层邻域阈值搜索法以改善TERCOM算法逐点遍历搜索的匹配效率；Li等通过球面几何的最短弧原则和空-海环境下姿态控制理论相耦合而提出一种新的基于测地线方法以缩小匹配区域尺度并改善算法的匹配效率；Zhang等以TERCOM为线匹配算法以几何相似性进行面匹配而提出线面组合的水下地形匹配算法，以提高算法的稳健性与定位精度。