TERCOM地形高程辅助导航系统发展及应用研究

介绍了地形轮廓匹配(TERCOM)地形高程辅助导航系统的工作原理、系统组成和技术应用,分析了地形轮廓匹配算法的性能指标;着重介绍了地形轮廓匹配辅助导航系统中数字地图、地形相关适配性、匹配搜索算法、实测高程数据采集、组合导航、数字相关器等几项关键技术,有针对性地提出了基于地形信息熵的匹配区域选择、序贯相似度检测搜索(SSDA)、等间距高程数据采集、多组合导航等比较适用的解决方案和应用实例,并通过数据统计和分析进行了论证。

INS/GPS/TERCOM组合制导系统中的信息融合方法研究

提出由坐标变换、误匹配检测和卡尔曼滤波三个单元构成的一种新型 INS/TER-COM系统优化结构 ,并对 INS/GPS/TERCOM组合系统自适应联邦滤波信息融合和分散式信息融合两种算法分别进行了研究 ,将这两种算法与传统的集中滤波算法进行了比较。结果表明 ,系统无故障情况下三种方法精度相同 ;而在有故障情况下自适应联邦融合法优于另两种方法。

基于ICCP和TERCOM的水下地形匹配组合算法研究

通过仿真试验分析了ICCP算法和TERCOM算法应用在水下地形匹配中的优点和不足,在此基础上,研究了两种组合匹配算法:1)用TERCOM算法作预匹配,并将TERCOM算法中的MSD相关性指标引入ICCP算法中作为ICCP算法的防误匹配机制,以提高匹配精度,这种组合适用于初始误差中平移分量大的情况;2)用ICCP算法解决旋转偏差后再转入TERCOM算法,这种组合适用于初始误差中旋转分量大的情况;仿真结果表明,组合算法有利于提高鲁棒性和快速性。

基于改进TERCOM的地形辅助导航算法

自主水下航行器长时间航行后惯性导航系统的位置误差会随时间不断增加,地形辅助导航可帮助惯性导航系统进行误差校正。为解决地形轮廓匹配(TERCOM)算法对航向误差较敏感问题,提高地形辅助导航的匹配精度,提出了一种基于改进TERCOM的地形辅助导航算法。在TERCOM算法基础上增加旋转角度机制,首先根据INS航迹进行旋转平移并采用TERCOM算法进行粗匹配,然后引入改进粒子群算法进行精匹配。在某海图内进行水下地形匹配仿真实验,结果表明:与传统TERCOM算法相比,所提算法可降低航向误差84%,匹配精度可提高4倍多,对实现自主水下航行器的自主无源导航有重要意义。

基于TERCOM算法的水下地形辅助导航误差研究

针对在复杂应用条件下水下地形辅助导航定位精度提高的问题,制备了多分辨率数字地图,并基于经典成熟的TERCOM算法,通过仿真分析得出了潜航器航速、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,为日后匹配算法在水下导航工程实践中的更好应用、数字地图制作及相关测量工作提供了相关参考。仿真结果证明:该算法可以应用于地形导航,而且合理地选择应用参数能有效降低匹配误差,提高匹配性能。

水下匹配导航的TERCOM算法与ICCP算法之比较

借助海洋地球物理场、海底地形等信息辅助惯性导航系统开展水下匹配导航,能够有效克服误差积累效应影响,为潜器的安全航行提供保障。ICCP算法和TERCOM算法是两类常用的序列相关匹配导航算法,以重力匹配导航为例,通过仿真得到不同的INS指示航迹和真实航迹,分别采用两类算法得到匹配航迹,同时,分析讨论了3种误匹配情形。结果表明:两类算法均能够成功匹配真实航迹,重力异常变化越丰富的海域,匹配成功概率越高,但仍然存在ICCP算法等值线选取不正确、TERCOM算法错误匹配强相关航迹等情形。

利用TERCOM与ICCP进行联合重力匹配导航

重力匹配导航算法对提高匹配效率和精度具有重要意义,是水下匹配导航技术的热点问题。对已有的重力辅助惯性匹配导航算法开展了研究,在此基础上提出了一种新的基于ICCP与TERCOM相结合的重力匹配导航算法。该算法在已有改进算法的基础上,对惯性导航提供的采样间隔航距以及ICCP匹配航距,和改进TERCOM匹配航距进行了联合对比分析。通过设置限差,搜索出TERCOM匹配误差较大点,并用ICCP对应匹配点进行替换,反复搜索和替换,最终生成由两种算法结合的新匹配轨迹。在TERCOM匹配初始误差较小的情况下,该方法对TERCOM算法匹配精度的提升依赖于ICCP匹配结果。仿真结果表明:对于TERCOM出现明显误匹配且ICCP匹配结果较好时,该算法可大大提高重力匹配精度,距离误差由2000m降至870m,X轴方向由TERCOM匹配平均误差的1370m降至530m,Y轴方向由TERCOM匹配平均误差的1900m降至640m,从而更好地满足了水下导航的需求。

基于地形差分矩的TERCOM地图性能估计

提出了一种非平稳地形中TERCOM地图匹配性能的估计方法。首先利用地形差分过程研究相关匹配算法度量值的统计特性 ,获得度量值的均值和方差关于地形差分矩的解析表达。然后讨论度量值统计特性与局部匹配搜索截获概率的关系 ,建议用地形差分矩和局部搜索截获概率作为TERCOM地图匹配性能的估计。通过对实际地形的试验 ,说明基于地形差分矩的匹配性能估计方法是有效的。

基于PMF和TERCOM组合算法的水下地形匹配技术

由于自主式水下航行器的导航受海水环境的影响,其定位精度不高,目前较好的解决方法之一是采用水下地形匹配辅助导航系统。本文针对该系统最核心部分的匹配算法,提出了一种定位精度更高的组合算法。为了解决质点滤波(PMF)算法存在的计算量大、收敛速度慢和对初始误差比较敏感的问题,提出了一种将地形轮廓匹配(TERCOM)算法和PMF算法进行组合的方案。首先分析了搜索区域分辨率对PMF算法的影响,然后分别对以TERCOM为粗匹配、PMF为精匹配和以PMF为粗匹配、TERCOM为精匹配的两种组合算法进行了仿真比较。结果表明,第1种组合算法无论在大起伏地形还是在平坦地形中都显示出了更快的收敛性和更高的定位精度,是一种具有较高工程应用价值的算法。

基于TERCOM-ICP联合算法的水下地形匹配方法研究

水下地形辅助导航一直是应用于AUV的热点和前沿问题,有助于修正惯导随时间积累的定位误差,以实现精确的导航定位。对经典地形匹配方法TERCOM算法进行了简单的介绍,引入点云配准领域的ICP算法,针对多波束测深系统可以获取地形剖面的特点,提出了一种TERCOM-ICP联合匹配算法。首先使用TERCOM算法粗匹配,将粗匹配后的大致位置作为指示输入ICP算法中进行精匹配,通过仿真实验对TERCOM算法的匹配结果和ICP算法的匹配时间作对比分析。仿真结果表明:TERCOM-ICP算法可以有效提高水下地形匹配精度,经过仿真实验测试,平均匹配误差可以达到20 m以内,所用时间在160 s以内,验证了该算法应用在水下地形匹配领域的可行性,更好地满足了水下辅助导航的要求。

一种改进型TERCOM水下地磁匹配导航算法

鉴于INS积累误差及TERCOM匹配算法机理缺陷对地磁匹配导航精度和可靠性的影响,提出了一种改进型的TERCOM匹配导航算法。分析了该算法的机理缺陷,将基于Hausdorff距离的匹配准则引入该算法中,提出了通过增加旋转变化、自适应确定最佳旋转角、实现适配序列精匹配的思想和算法,有效地提高了水下地磁匹配导航的精度和可靠性。通过实验验证了这种改进算法的正确性。

基于TERCOM算法的重力匹配

研究了利用地形轮廓匹配(TERCOM)算法进行重力匹配辅助导航,分析了TERCOM算法对不同重力场分布区域的适应性。模拟试验证明,TERCOM算法简单易行,当重力场粗糙度达到3.7 mGal时,重力测量误差超过3 mGal,定位误差也在1个格网单位以内,粗糙度和坡度方差与匹配定位精度的强相关性是选取匹配区域的较好指标。

利用TERCOM与ICCP进行联合地磁匹配导航

为解决地磁匹配导航中TERCOM算法精度较差I、CCP算法容易产生局部收敛且匹配速度较慢的缺陷,提出了一种联合TERCOM与ICCP的水下地磁匹配导航新方法。对此算法中的粗匹配及其性能进行了分析,同时,对精匹配及改进ICCP算法进行了研究,解决了传统匹配导航算法精度、速度及完备性不能兼得的问题。

改进TERCOM算法用于重力场辅助惯性导航

匹配算法对于重力辅助惯性导航系统的定位精度和效率有巨大影响。其中,TERCOM匹配算法由于原理简单、可靠性高而被广泛应用,但其只是通过刚性变换来纠正位置误差。针对TERCOM算法存在的此种问题,提出了带有旋转和尺度变换功能的改进TERCOM算法,旋转的角度和尺度变换的相关参数依据惯导的误差状况进行确定。实验结果表明,改进型TERCOM算法在相同的条件下匹配结果的精度要明显好于传统TERCOM算法,表明了改进TERCOM的优越性和可行性。

一种仿射变换两步式TERCOM重力匹配算法

传统TERCOM算法仅依靠平移修正惯导轨迹,忽略了由于惯性器件的误差特性对轨迹造成的旋转变换和伸缩变换,精度和稳定性较低,针对此问题提出了一种仿射变换两步式改进TERCOM算法。改进算法在原有算法的基础上增加了精匹配过程,对传统TERCOM算法搜索得到的粗匹配轨迹实施参数可变的仿射变换得到更贴合实际轨迹的待匹配轨迹,再从中搜索得到精匹配轨迹。精匹配过程反复迭代,直到匹配轨迹位置稳定。仿真结果表明,在算法适配区,改进算法的匹配精度较传统算法提高近50%。在误匹配情况出现时,由于粗、精匹配结果差异较大,可以对误匹配情况起到一定警示作用。改进算法较好地平衡了匹配时长与匹配准确度的关系,实现了匹配精度和稳定性的提升。

重力匹配导航的影响模式分析

从重力场匹配导航的改进TERCOM算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统分析,并在此基础上利用海洋年度重力测量数据设计了准实时仿真试验,结果表明：（1）采样长度对匹配结果有重要的影响,采样长度与重力基准图的分辨率比值在10~20之间时,能够获得较好的匹配效果;（2）适当增加采样间隔可以在一定程度上提高匹配的整体精度,但增加了匹配失效的风险,实际应用中采样间隔以2~4 min为宜;（3）重力测量白噪声误差对匹配结果影响相对较大,过大的误差将不能得到有效匹配,水下重力测量误差最好能控制在2 mGal以内。

海底地形匹配技术研究

对海底地形匹配算法进行了研究,分别用两种常用的地形匹配算法:SITAN算法和TERCOM算法分别在海底地图上进行了仿真.并对传感器噪声对地形匹配概率的影响进行了批量仿真试验.试验结果表明,当传感器噪声的均方根小于10米时,TERCOM算法可以获得大于90%的匹配概率,SITAN算法也可以达到60~70米的CEP圆概率误差.

无人机地形匹配辅助导航系统设计与仿真

根据无人机的飞行任务需要,提出一种适用于无人机的地形匹配辅助导航系统。该系统采用TERCOM算法和SITAN算法相结合的地形匹配组合导航算法,以满足无人机机动飞行情况下连续匹配的要求。为验证系统的有效性,根据真实地形数据,建立由数字飞机、飞行控制系统、惯性导航系统和地形匹配系统组成的闭环仿真平台,研究了不同飞行条件对导航精度的影响。仿真结果表明,该系统能够有效提高无人机的自主导航精度,具有较高的工程实用价值。

水下地形匹配等值线算法研究

文[1]将图像配准中使用的等值线算法引入到水下地形匹配中,文[2]全面验证该算法的有效性。但是,仿真结果表明,该算法在初始误差较大时(如2海里)容易发散,这是由于目前的研究都认为匹配起始点是精确已知的,而实际中却很难满足该条件。本文提出了将匹配起始点引入匹配过程和进行粗匹配等两点改进措施,仿真结果表明,这两个改进措施是有效的,特别是当INS精度较低时,相比较于TERCOM算法,其匹配过程更为平稳,匹配精度也更高。

地形辅助导航匹配误差研究

地形辅助导航系统中最重要、研究也最深入的部分就是匹配算法,除了算法本身构建之外,匹配精度与应用条件之间的关系也是算法研究的重要内容。以TERCOM算法为研究对象,将研究地形特征、地图分辨率、初始误差、惯性导航系统精度、载体运行速度和匹配序列长度等因素对匹配精度的影响,为匹配算法的工程应用提供理论基础。