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。

基于抗差自适应CKF的水下重力匹配导航SITAN算法

为提高水下重力匹配算法的定位精度和稳健性,将容积卡尔曼滤波应用到水下重力匹配惯性导航中,同时引入抗差估计和自适应因子,提出了基于抗差自适应容积卡尔曼滤波的水下重力匹配导航SITAN算法。利用重力异常模型数据开展仿真实验,结果表明,所提算法能有效修正惯导整体航迹,在观测值未加入粗差的情况下较普通容积卡尔曼滤波算法提高了76%的导航定位精度,在观测值加入30 mGal粗差的情况下,提高了88%的导航定位精度。该研究成果可为后续水下重力匹配导航算法的理论研究及工程实践提供一定的数据支撑。

基于新型分层邻域阈值搜索法提高水下潜器重力匹配导航的匹配效率

本文开展了水下潜器重力匹配导航的匹配效率改善研究.第一,为克服传统TERCOM算法逐点遍历搜索效率较低的缺点,提出新型分层邻域阈值搜索法.其原理如下:首先,利用4格网间隔数进行粗搜索匹配;其次,为提高初始匹配点的选取标准设置4mGal阈值(基准图上重力值与实测重力值之差),对选取的若干粗搜索行最佳匹配点周围24邻域点进行取舍并匹配比较;最后,获得搜索范围内最佳匹配点.第二,综合考虑了重力场标准差、峰度系数、坡度标准差、粗糙度、信息熵等重力场主要特征参数,将其作为适配区优劣的分析依据.第三,在适配性良好的区域内,在保证水下导航精度的前提下,基于分层邻域阈值搜索法,以本文参数设置为例,水下潜器重力匹配导航的匹配效率提高约14.14倍.

基于新型主成分加权平均归一化法优选水下重力匹配导航适配区

本文开展了水下潜器重力匹配导航的匹配区适配性评价研究.第一,本文综合考虑了重力异常标准差、坡度标准差、粗糙度、重力异常差异熵、分形维数等重力场主要特征参数,联合主成分分析准则和加权平均原理,提出了新型主成分加权平均归一化法;第二,基于新型主成分加权平均归一化法,计算可评价重力异常基准图各区域匹配效果的总体特征参数指标,依据总体特征参数指标进行优良适配区、一般适配区和非适配区划分;第三,在相同条件下,在划分的优良适配区、一般适配区和非适配区内,分别进行重力匹配数值模拟验证比较,结果表明,优良适配区的重力匹配效果显著,匹配概率约为98%,匹配稳定性高,位置误差小于1个重力异常基准图格网.

基于支持向量机的水下地形匹配导航中适配区划分方法研究

提出了一种基于支持向量机的地形背景场适配/误配区自动识别和划分的方法。该方法通过分析地形背景场特征参量的主成分及显著性,借助支持向量机来构建输入地形特征参量与匹配性能的映射关系,最终实现地形背景场误配/适配区的自动识别和划分。

一种互相关水下地形匹配导航算法

为提高水下地形匹配导航的可靠性,提出一种基于假设检验和Unscented变换数据融合的等值线地形匹配导航方法。该方法基于等值线进行地形匹配,借助假设检验进行误匹配诊断,并在误匹配被探测时,使用Unscented变换融合相邻历元的地形观测数据重新进行匹配,提高了匹配定位的精度和可靠性。

基于新一代GNSS-R星座海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展

紧跟国际卫星测高反演和水下组合导航的最新热点,以满足中国迫切提出的科学和国防需求为导向,介绍了基于GNSS-R卫星海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展。第一,介绍了GNSS-R测高精度研究进展、GNSS-R测高沿轨迹空间分辨率研究进展、GNSS-R反射点轨迹间空间分辨率研究进展、基于卫星测高反演海洋重力场研究进展、水下重力匹配导航研究进展等。第二,在GNSS-R海面测高方面,提出了新型大地水准面静态高程镜面反射点修正定位法、海洋潮汐时变高程镜面反射点修正定位法、法向投影镜面反射点修正定位法、GNSS-R星载下视天线接收信噪比模型构建法、GNSS-R星载下视天线可用镜面反射点筛选算法等,旨在提高卫星测高精度和空间分辨率;在水下重力匹配导航方面,提出了新型主成分加权平均归一化法、测地线周期性航向控制法、分层邻域阈值搜索法、先验递推迭代最小二乘误匹配修正法等,旨在提高水下重力匹配导航精度、匹配效率及可靠性。第三,预期提出新型二阶不动点时延提取法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高精度;预期提出新型反射信号分解法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高沿轨迹空间分辨率;预期提出新型海面粗糙度误差校正法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高轨迹间空间分辨率;预期提出新型正则化稳健算法,旨在提高海洋重力场反演精度和空间分辨率;预期融合星载GNSS-R模拟测高数据、岸/空基GNSS-R验证测高数据等多源信息,联合几何配准收敛速度快和直接概率准则定位精度高的优点,构建新型几何配准-直接概率准则混合法,旨在提高水下惯性/重力组合导航精度和速度。

基于地磁匹配的水下定位和定向方法研究

借助地磁背景场及地磁测量,通过对相关分析中各指标的研究,给出了用于水下地磁匹配定位的最优指标。分析了现有TERCOM算法的缺陷并对其进行了改进,提高了水下地磁匹配定位的精度;提出了基于两段序列匹配后的重心位置计算INS前期积累误差的算法,实现了对INS的准确修正,确保了载体的定向精度。试验验证了这些方法的正确性。

水下重力匹配导航的非线性滤波算法研究

地球重力场辅助惯性导航系统应用于水下运载体的导航定位,能够有效降低惯性导航系统误差随时间累积的影响,保证水下运载体的长时间导航精度。EKF算法与UKF算法是两种常用的非线性滤波算法,以水下重力匹配导航为例,在南海选取两块重力异常变化剧烈程度不同的海域开展仿真试验,试验结果表明:两种算法都能够匹配真实航迹,有效降低惯导定位误差,采用UKF算法的导航定位精度水平较EKF算法提升30%以上,具有较好的精度提高作用。

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。

一种基于M估计的水下地形抗差匹配算法

为削弱观测数据和背景地形模型中粗差对水下地形匹配导航精度和可靠性的影响,提出了一种基于M估计的水下地形抗差匹配算法,显著提高了水下地形匹配算法对粗差(异常值)的抵御能力,确保了稳健匹配导航解的获取。实验验证了该算法的有效性。

BP神经网络用于水下地形适配区划分的方法研究

为确保背景场中最优适配航线设计的正确性以及水下地形匹配导航的可靠性,提出了一种基于BP神经网络的背景场适配/误配区自动识别和划分方法,该方法通过分析地形背景场特征参量显著性和主成分、构建BP神经网络、建立输入地形特征参量与匹配性能的映射关系,最终实现了地形背景场误配/适配区的自动识别和划分。试验验证了本方法的有效性。

海空重力仪的技术现状及新应用

海洋/航空重力测量是基于移动平台的动态相对重力测量,是指用有人测量船或飞机搭载重力仪或加速度计,来测定海面或近地空中重力加速度的重力测量方法。介绍了重力仪的应用领域,针对移动海洋/航空重力仪、海空重力仪车载试验,综合阐述了其国外、国内发展现状,指出了无人重力测量技术和深远海动态重力测量技术亟待解决的问题,分析了我国在海空重力测量领域中的发展方向。