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。

地形轮廓匹配算法敏感性分析及其改进算法研究

本文对影响地形轮廓匹配（TERCOM，TerrainContourMatching）算法匹配效果的关键因素进行了研究，通过大量的仿真实验，定量地给出了影响TERCOM算法匹配效果的关键因素指标。仿真结果表明：当无高表和气高表的测量方差小于67m^2，惯导速度误差绝对值＜2．0m/s，航向角误差小于0．3°时，在丘陵、山地和高山地三种地形条件下均可获得大于90％的匹配概率。并提出了利用惯导系统剔除误区匹配算法和机动方式下改进的TERCOM算法。

基于图像分层搜索的地形轮廓匹配算法设计

应用图像分层搜索序贯判决算法,进行海底地形轮廓匹配(TERCOM)算法设计。建立了上下两层同时匹配的比较控制逻辑,既提高了匹配速度,又减少了误匹配,增强了地形二维匹配的健壮性。应用实际海图原始数据进行仿真。结果表明,该算法在保持匹配速度的同时具有较高的匹配精度和抗差特性。

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。

基于PMF算法的水下地形匹配技术研究

作为海洋地球物理导航[1]方法之一的水下地形匹配导航技术正受到各国的强烈关注。文章采用PMF(point-mass filter)算法作为匹配定位算法,利用peaks函数产生模拟数字地图,进行仿真计算,并对计算所得的估计值进行了真实性判断。通过与TERCOM算法的比较,表明该算法具有良好的精确性和鲁棒性。

巡航导弹组合导航中综合地形匹配算法研究

为了克服惯导误差随时间累积的不足,提高巡航导弹的目标命中精度,提出了基于惯导/地形匹配组合导航的巡航导弹中制导方案。其中,地形轮廓匹配技术采用MSD算法和COR算法相结合的综合地形匹配算法,通过粗配和精配两步完成地形匹配过程。组合导航仿真结果表明,采用综合地形匹配算法的地形匹配辅助导航方法可以明显提高惯导精度,因而基于惯导/地形匹配组合导航的巡航导弹中制导方案是可行的。

基于组合算法的水下地形匹配技术

利用地形信息辅助惯性系统导航,能有效地约束误差的累积,匹配算法作为地形辅助导航的核心,不同的算法在匹配精度和时间上各有特点。为了改善单一算法的缺陷,以水下地形辅助导航应用为背景,根据这些算法的特性,提出了一种将TERCOM算法和SITAN算法进行组合的方案,综合了两种算法的特性,引入可靠性比值,并在地形条件差异较大的两个代表区域进行匹配,仿真结果验证了算法的有效性。

基于航迹规划的无人机地形辅助导航

为改善无人机基于地形轮廓匹配的地形辅助导航地形适应性差、实时性差的问题,本文提出一种基于航迹规划的地形辅助导航方法。针对地形匹配对地形依赖性强的问题,将无人机需要途经的区域进行分块并计算各块地形标准差,根据地形标准差选出地形平坦区域和地形起伏区域,用航迹规划算法为无人机规划出在地形起伏较大区域的航线。针对传统遍历搜索高程匹配算法耗时长的问题,在粒子群算法基础上引入分布估计的思想,形成优化粒子群算法进行地形轮廓匹配,加强全局寻优能力。仿真实验结果表明:优化粒子群算法降低匹配时长2/3,基于航迹规划的地形辅助导航降低位置误差6/7。

基于粒子群优化的飞行器地形匹配新算法

为了提高传统地形匹配算法的定位精度问题,提出了一种基于粒子群优化的飞行器地形匹配新算法。该算法以参考导航系统测量位置为中心规划真实位置的搜索范围,从基准地形图上提取相应的地形高程数据,然后将粒子群优化算法引入匹配区搜索,并将得到的地形剖面像元高程参量作为粒子群体中的粒子。在此基础上,采用归一化积相关函数作为粒子适应度函数,通过适应度最大度量值来比较基准子图和实时图剖面的相似程度,最后通过仿真分析,比较了基于TERCOM和PSO的匹配算法匹配精度和匹配时间。仿真结果表明,基于PSO算法的匹配效果优于传统TERCOM算法,匹配时间虽较TERCOM算法略长,但满足实时性要求。

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。

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。

多参照点联合概率地形误匹配判断准则

针对地形轮廓匹配(TERCOM)算法容易受高程测量误差和地形相似性等影响而出现误匹配的问题,以平均平方差(MSD)匹配准则为例,提出了一种相关面内多参照点联合概率误匹配在线判断准则。首先,对测量高程数据和基准高程数据做相关运算,获得待匹配区域内各点的MSD值,即相关面;其次,通过分析高程量测噪声的统计分布,建立待匹配点的MSD概率分布密度函数;最后,计算选取待匹配点为正确匹配点的多点联合概率,并通过阈值判定此待匹配点是否为正确匹配点。仿真结果表明,选取不同的匹配序列长度和测量噪声的情况下,当判定阈值设为0.9时,对正确匹配的判断正确率达到97%以上,且90%以上的正确匹配点都能被保留下来,可以极大程度地避免误匹配。

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。

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。

水下地形辅助导航用数字地图分辨率研究

为了解决导航用数字地图分辨率选取不明的问题,构建了多地形水下数字地图,基于经典TERCOM匹配算法,对数字地图分辨率与匹配误差的定量关系进行了仿真及多项式回归分析。结果表明,不同特征地形对适宜分辨率的要求不同,小起伏区和大起伏区适宜分辨率分别为12 m和25 m,数字地图分辨率与匹配误差关系近似服从多次曲线变化规律。

水下地形辅助导航适宜地图分辨率的选取

针对目前水下地形辅助导航用数字地图分辨率选取不明而制约导航性能发挥的问题,根据某海域真实水深数据建立了水下地形数字高程模型;借鉴误差传递思想,基于递推贝叶斯理论和质点滤波理论,对小起伏和大起伏2种典型地形区分别从解析和仿真角度给出了地形辅助导航用适宜的地图分辨率;然后,基于地形轮廓匹配(TERCOM)算法对不同地形下数字地图分辨率与匹配误差的定量关系进行了多项式回归分析,进一步确定了适宜的地图分辨率。结果表明,解析分析结果与数值仿真结果大致相当,相互佐证了研究结果的合理性;不同地形匹配区对适宜分辨率的要求不同,小起伏区和大起伏区适宜地图分辨率参考范围大致分别在13 m和25 m左右,大起伏区对地图分辨率的要求较小起伏区低;数字地图分辨率与匹配误差关系近似服从多次曲线变化规律。研究成果可为水下地形辅助导航中数字地图制作、分辨率选取及水下测量工作提供相关参考。

数字地图在地形匹配辅助导航中的应用算法改进研究

本文提出了数字地图在地形匹配技术TERCOM算法中的改进方案,首先利用惯导输出位置的差进行地形匹配的相关运算,并讨论了连续匹配的实现。通过仿真证明,改进方案可以达到非常好的地形匹配定位精度,具有良好的应用价值。

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。