水下地形匹配导航研究综述

地形辅助导航系统以地形高程特征为定位信息源,可为水下航行器提供有界的定位误差,并能显著地抑制捷联惯性导航系统的误差漂移。而地形匹配算法是地形辅助导航系统的关键技术,其输出的匹配位置可作为组合导航滤波器的观测值以修正导航参数,地形匹配精度直接决定了整个导航系统性能。首先概述了现有水下导航定位技术,然后阐述了地形辅助导航基本原理与组成,最后详细总结了中外地形辅助导航系统和地形匹配算法的研究进展,为中国地形辅助导航系统的开发和研制提供有益参考和支撑。

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。

水下地形匹配辅助导航技术研究

在简要介绍水下地形匹配辅助导航基本概念基础上,从地形匹配辅助导航算法、水下数字地图技术、水下地形匹配导航系统构成及试验等不同方面,详细介绍了水下地形匹配辅助导航所涉及的主要问题及研究进展,可为相关研究领域提供参考。

适用航空的地形匹配导航算法研究

地形轮廓匹配(TERCOM)匹配算法在速度误差和航向误差较大的情况下可靠性下降,桑地亚惯性地形辅助导航(SITAN)算法在初始位置误差较大时Kalman滤波器不能收敛,针对以上问题,提出了一种新的适用航空的地形匹配导航算法。该算法采用基于地形剖面匹配系统(TERPROM)算法作为搜索算法,以基于扩展Kalman滤波原理的SITAN算法作为跟踪算法。将该算法在真实地形数据上仿真,并和传统的基于单状态并行Kalman滤波器阵列做搜索的SITAN算法在不同高度表噪声情况下比较。仿真结果表明,该算法有效地提高了搜索的效率,提高了地形匹配的精度及实用性。

基于InSAR的三维地形匹配导航技术的研究与实现

研究了一种以干涉合成孔径雷达(In SAR)信息为基础的三维地形匹配导航系统,该系统采用基于3-D Zernike矩的三维地形匹配算法,同时针对3-D Zernike矩在地形匹配中计算实时性差的问题进行了改进。为验证系统的有效性和算法性能,搭建了基于VC++和Open Scene Graph的三维可视化软件仿真平台。仿真结果表明,基于3-D Zernike矩的三维地形匹配算法定位精确度高,对地形的适应能力强,算法的实时性问题得到了良好解决,系统具有较高的工程实用价值。

基于Hausdorff距离的海底地形匹配算法仿真研究

地形匹配算法是海底地形辅助导航系统的关键技术之一。根据海底地形的特殊特性,传统地形匹配算法直接应用于STAN时,易出现定位精度大幅降低和算法不稳定性问题。该文提出一种基于地形轮廓匹配原理的新算法,该算法利用改进的Hausdorff距离作为水深实时测量曲线与海底地形图水深曲线之间的度量函数。改进的Hausdorff距离对匹配对象存在的小误差不敏感,在一定程度上还可反映空间两条曲线的方位关系,该算法定位精度高、稳定性好。利用某海域地形图进行的仿真实验表明:该算法是可行的,定位精度比现有算法提高一倍左右。

基于地形熵和地形差异熵的综合地形匹配算法

水下运载体的导航主要以惯性导航为主,但是,由于水下运载体在海底的运行速度比较慢,惯性导航系统随着时间的累积出现了定位误差增大的缺点,因此需要地形辅助导航来纠正惯导的误差。文中将地形熵和地形差异熵的概念引入到水下地形匹配算法中,设计了基于地形熵和地形差异熵的综合地形匹配算法,并将该算法应用于水下地形辅助导航系统中,经验证该算法取得了良好的纠正惯导定位的效果,实现了水下地形辅助导航的任务。

基于概率数据关联的地形辅助导航算法

地形辅助导航是解决惯性导航系统定位误差随时间不断增大的缺点重要方法之一,论文在分析概率数据关联滤波器的基础上,提出了一种基于概率数据关联滤波的新的地形辅助导航算法。算法把满足一定条件的相关值作为滤波器的有效量测,把飞行器的位置作为状态,建立了基于概率数据关联的地形辅助导航模型,利用概率数据关联滤波算法计算飞行器的位置坐标。仿真结果表明该算法的正确匹配率、均方根误差和圆概率误差均优于TERCOM算法。

一种适应较大INS速度误差的地形辅助导航算法

地形辅助导航是飞行器实现自主导航定位的重要方式之一。传统的地形辅助导航算法在匹配过程中,一般对惯性系统的速度误差范围有较严格要求,当速度误差过大时匹配正确概率会迅速下降。提出了一种新的基于短链修正的概率数据关联地形辅助导航算法,首先,依据短时间内由速度误差积累的航位漂移较小的特性,通过附近短链的关联滤波结果修正长链上的节点;其次,设计了通过匹配链后验概率构造关联概率的方法。该方法能较好地处理INS速度误差较大的情况,仿真结果表明该算法的正确匹配率,均方根误差和圆概率误差均优于TERCOM算法和直接基于概率数据关联的地形辅助导航算法。

基于衰减记忆的地形辅助导航算法

地形辅助导航是解决惯性导航系统定位误差随时间不断增大的缺点的重要方法之一。提出了基于衰减记忆的地形辅助导航算法,算法使用了一个新的相关算子,根据量测值存在的历史时间长短,对量测值赋以不同的权值,用一个递归表达式递归地计算相关值。该算法在提高定位精度的同时减少了计算量和存储空间,从而提高计算速度,并连续输出定位结果。仿真结果表明该算法的正确匹配率、均方根误差和圆概率误差均优于TERCOM算法。

基于约束粒子群优化的海底地形辅助惯性导航定位方法

针对水下自主航行器长时间航行后惯性导航系统位置误差积累的问题,提出一种关于约束粒子群优化的海底地形辅助惯性导航定位方法。通过在等值域内进行粒子群初始化,改善粒子"早熟"问题。采用惯性导航和水深测量序列计算相邻测量点水平距离、航迹水平转向角和水深变化量三个匹配参数,同时利用待匹配航迹上的粒子群计算以上三个参数,将航迹水平转向角和水深变化量转换为各自等效的水平相对距离,最后采用对应于相同匹配参数的等效水平相对距离的平均绝对差之和构建适应度函数,采用约束粒子群优化进行地形匹配,辅助惯导系统准确定位。通过某海图内海底地形匹配进行仿真实验,结果表明当航行器初始位置误差较大时:在地形变化明显区,ICCP的定位精度为200 m,约束粒子群优化的定位精度提高到20 m以内;在地形变化平坦区,ICCP无法有效定位的情况下,约束粒子群优化的定位精度约为250 m。

机载地形匹配系统技术研究

针对飞行方式灵活、高度表测量误差大、惯导初始积累误差大等机载应用环境的特点,文中提出了一种适合于机载应用的地形匹配系统结构,并详细分析了该系统结构下的工作流程、匹配算法、匹配区选取原则等地形匹配系统实现过程中的关键技术,实验结果证明了研究方案的合理性和可行性。

基于神经网络的地形匹配方法研究

提出了基于神经网络实现多特征融合的地形匹配算法,充分利用地形的各种不同的统计特征和几何特征,构造了一种地形匹配网络模型.通过对实时图和基准图的分析,给出了计算网络节点之间的权值函数,建立了网络系统能量方程,通过求系统的最小能量得到最佳匹配位置.由于网络能融合地形的不同统计特征和几何特征,所以算法大大提高了系统的抗干扰能力和定位精度,适合于实时图容易发生畸变的地形匹配领域.实验结果表明,定位精度和抗干扰能力均优于传统的地形匹配方法.

一种改进的地形熵匹配导航算法

提出了一种改进的地形熵辅助导航算法。因为地形熵算法丢掉了地形的相对位置信息及对地形数据做了归一化处理,使得其在地形跟随/地形回避中的应用存在着匹配误差容易发散的问题。基于此点,提出了基于卡尔曼滤波的惯性地形辅助导航方法,交互信息量等方法的地形熵算法,以改进该算法在地形跟随/地形回避中应用的性能。最后用matlab软件根据分形学中Weierstrass-Mandelbrot函数产生了模拟的数字地图,并对该地形匹配导航方法作了仿真研究,仿真结果表明该方法可以抑制误差的发散,并提高了地形匹配的定位精度。

采用MAD算法进行地形匹配的精度分析

在实测地形剖面数据含有噪声的假设下 ,对采用MAD (MinimumAbsoluteDifference)算法进行地形匹配的精度进行了分析 .讨论了几种参数对精度上界的影响 .

基于改进粒子群优化的水下地形辅助导航方法

为了提高传统地形匹配算法的定位精度,提出一种基于改进粒子群优化的水下地形辅助导航定位算法。该算法以SINS的指示位置为中心构造搜索区域,对二维粒子群进行初始化,利用实时水深测量序列与待匹配序列之间的平均Hausdorff距离作为适应度函数,在线性递减权重的基础上引入收敛因子对粒子的速度和位置进行约束更新,改善粒子"早熟"问题。在某海图内进行了水下地形匹配仿真实验,结果表明:初始位置误差大小不影响改进PSO算法的定位精度和匹配速度;当水下航行器初始位置误差较大时,与TERCOM算法相比,改进PSO算法的匹配精度提高了近5倍,匹配耗时缩减了近10倍。

基于混合粒子群优化的海底地形辅助导航算法

由于海底地形的独特特性,将传统地形匹配算法直接应用于海底地形匹配时,常常会出现定位精度大幅降低的现象,而且传统遍历搜索的庞大计算量也大大降低了地形匹配的效率。为提高匹配效率,提出了一种新的算法,关于混合粒子群优化的海底地形匹配算法。算法充分利用Hausdorff距离强抗干扰能力和容错能力的特点,采用平均Hausdorff距离作为相似性测度,并在搜索策略上,用了粒子群算法来加快搜索的速度,并提出将混沌局部搜索嵌入到粒子群算法中,形成了混沌思想的混合粒子群优化算法。通过某海域电子海图的海底地形匹配实验结果证明,算法能够快速求得最优解,使系统匹配误差(CEP)较传统方式降低了13%,计算量减少了18%,是一种很有开发和研究价值的海底地形匹配算法。

基于UKF的水下地形匹配算法组合

为了克服断续地形辅助导航给UKF算法带来的不利影响,提出了改进TERCOM\ICCP+UKF地形匹配组合算法。首先分析了基于UKF的水下地形匹配算法及其在实际水下地形辅助导航中的局限性。然后,针对UKF地形匹配效果易受大初始位置误差影响的不足,以"粗搜索"+"精匹配"的算法组合模式为基础,给出了TERCOM、ICCP和UKF匹配算法的组合策略和算法克服相似地形影响的方法。仿真显示,较之单一UKF匹配算法,组合算法能够克服了大初始位置误差对算法匹配效果的影响,具有更好的工程适用性。

辨析机载地形匹配系统的关键应用技术特征

机载地形匹配系统作为一种重要的现代航空导航手段,在其实际运行过程中需对机载高度传感器、惯导、数字地形高程数据以及匹配算法进行综合处理,以获得高精度、可靠的定位结果。文中讨论了机载地形匹配系统的组成及主要功能,分析了地形特征传感设备、数字地形高程数据库、主导航设备及地形匹配算法的典型应用方式,提出了以捕获模式的可靠性、跟踪模式的精度等作为系统性能的关键评估指标,并通过实际飞行数据对所设计的数字地形匹配系统进行了性能测试。测试结果表明,在实现过程中模式控制逻辑工作稳定,没有出现虚假定位现象,捕获模式和跟踪模式的精度均优于50 m。

基于激光雷达的多路径快速地形匹配方法

地形匹配技术是一种自主辅助导航手段,在航空领域有着广泛的应用。地形轮廓匹配(TERCOM)算法在速度和航向误差较大时定位精确度下降,桑地亚惯性(SITAN)算法在初始位置误差较大时不能收敛。同时由于航行时只采用单一路径,导致精度低,速度慢。基于此,提出了基于激光雷达的多路径快速地形匹配算法。仿真结果验证了该算法的有效性。