ICCP算法在重力匹配中的应用

惯性导航误差是随时间积累的,利用重力匹配进行水下辅助导航,可以对惯性导航的漂移误差进行校正。本文主要研究ICCP算法在重力匹配辅助导航中的应用,通过理论分析和试验证明ICCP方法在初始位置误差不大的条件下,可以实现高精度的匹配,这种算法具有局部最优性。

基于Matcom混合编程的ICCP算法仿真实现

阐述了利用Matlab和Visual C++实现ICCP算法的优缺点,提出了Matcom和Visual C++混合编程实现ICCP算法的新方法。利用Matcom提供的函数库,在Visual C++环境下实现了ICCP算法仿真系统。该方法较大地改善了复杂算法仿真系统的开发效率,最终的仿真效果也较好地吻合了理论要求。

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ICCP算法及其推广的重力定位

基于ICCP算法的重力匹配定位可以用于限制推算定位随航行时间增长的位置误差。给出了ICCP算法的设计思想,同时针对算法的假设前提进行了推广,使算法能够在考虑重力传感器测量数据存在误差的情况下,实现推位航法的误差校正。仿真结果证明这种推广具有较好的定位精度,能够满足AUV的导航要求,对实现AUV的自主无源导航有重要意义。

实时ICCP算法重力匹配仿真

利用地球物理场进行辅助匹配导航是组合导航技术研究领域的新方向,该技术为水下潜器无源定位提供新的手段。迭代最近等值线算法作为重要的匹配导航算法之一,但存在实时性不强、搜索速度慢等缺点。考虑到以上两方面缺点,采用固定初始序列长度的方式对算法采样结构进行改善并推导出单点迭代公式,同时采用滑动窗搜索方式缩小搜索范围提高算法速度,最终实现实时ICCP算法设计。基于MATLAB平台下实现了实时ICCP算法重力匹配仿真系统,仿真系统采用0.4′×0.4′重力异常数据库。由仿真结果可以看出,该实时ICCP算法能够实现单点迭代,匹配结果能实时跟踪真实航迹且匹配精度能达到一个重力图网格。

基于ICCP算法的重力辅助惯性导航

迭代最近等值线算法(ICCP)是一种重要的匹配导航算法,文中首先介绍ICCP算法的基本原理,随后在0.2′×0.2′重力异常数据库的基础上,利用ICCP算法进行仿真计算得到最佳匹配位置。最后为了验证匹配位置是否可用于修正惯导误差,提出将匹配位置误差作为观测量,用卡尔曼滤波对惯导系统误差进行最优估计。由最后的仿真结果可以看出,ICCP算法可有效抑制惯导纬度误差的增长,且最大纬度误差不超过2,′以匹配位置误差作为观测量可以用来估计惯导方位误差角。

基于ICCP算法的重力匹配仿真

利用地球物理场进行辅助匹配导航是组合导航技术研究领域的新方向,该技术为水下潜器无源定位提供新的手段。迭代最近等值线算法作为重要的匹配导航算法之一,但存在实时性不强、搜索速度慢等缺点。考虑到以上两方面缺点,采用固定初始序列长度的方式对算法采样结构进行改善并推导出单点迭代公式,同时采用滑动窗搜索方式缩小搜索范围提高算法速度,最终实现实时ICCP算法设计。结果可以看出,该算法能够实现单点迭代,匹配结果能实时跟踪真实航迹。

ICCP重力匹配辅助导航算法研究及改进

迭代最近等值线算法(ICCP)是一种重要的匹配辅助导航算法,ICCP虽稳定性高,却具有实时性差的缺陷。通过研究与分析可知,采样结构是导致算法实时性差的关键因素,并且改变算法的采样结构可有效解决算法实时性差的问题。在改进ICCP的基础上,又通过"二次迭代"技术,将匹配位置用于更新测量和指示重力,并重新进行匹配解算,可进一步提高算法的匹配精度。仿真结果表明,以上工作对算法实时性和精度的改进是有效的。

利用改进的ICCP算法辅助导航

文中研究了ICCP算法的基本原理,分析了ICCP算法的特点,针对ICCP实时性差的不足,借鉴计算机编程思想中的移位寄存器原理给出了改进ICCP算法,同时,改进ICCP算法中每个采样点都可以有多个匹配结果,通过对这些匹配结果求加权平均可以有效消弱结果中的随机误差,从而提高了匹配的可靠性。并通过一个仿真实例,表明改进ICCP算法可以有效改善ICCP算法的实时性,经度方向精度与ICCP算法相当,纬度方向精度有明显的提高。

水下重力匹配导航关键技术及其研究进展

针对现有导航手段无法满足载体水下高精度安全航行的问题,研究分析水下重力匹配导航关键技术:介绍了国内外水下重力匹配导航及水下重力信息获取手段发展现状;然后从水下重力匹配导航的关键技术点出发,论述重力基准图构建技术、重力匹配导航适配区选择技术和重力匹配定位算法的基本原理和相关进展,指出3个领域存在的关键问题和研究方向;最后结合水下重力智能建图与匹配的相关需求,针对水下重力匹配导航未来的发展趋势进行展望。

基于量子重力探测技术的水下匹配导航仿真分析与评估

在电磁信号拒止的海洋环境中,基于海洋重力场辅助的水下匹配导航技术是提高潜航器导航定位精度的有效途径之一。近年来,基于冷原子干涉的量子绝对重力探测技术发展迅速,其探测精度高、可移动性强,在水下重力辅助导航领域具有极大的应用潜力。结合冷原子干涉量子重力仪最新技术发展水平,选取太平洋某典型海域,通过地形正演构建了高精度(<0.1mGal)、高分辨率(500 m)海洋重力基准图,基于最近等值线迭代(Iterative Closest Contour Point,ICCP)算法实现了对潜航器水下航行误差的重力场辅助匹配校正,将初始航迹误差从约4 km校正到约400 m。匹配算法具有指数收敛优势,在阈值收敛误差为10^(-6)下,算法平均收敛迭代次数44次,平均收敛时间0.0678 s。通过仿真分析和“探测技术-重力场基准图-匹配算法”系统综合效能评估,论证了现有量子重力探测技术在重力辅助水下匹配导航领域的应用潜能。

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。

基于模糊决策理论的重力辅助导航区域选择方法

针对传统重力辅助导航区域选择方法仅利用单一评价指标所导致的评价结果不全面这一缺陷,提出一种基于模糊决策的多指标综合选取方法。首先,应用该方法计算目标区域重力异常的标准差、粗糙度、相关系数、重力信息熵和重力坡度等表征重力特征的统计参量;然后,利用模糊决策理论方法求解出指标的隶属度矩阵和权阵,得到区域总的评价指数;最后,依据总评价指数进行匹配区选择。仿真结果表明,本方法具有较好的可靠性,评价指数高的区域,其匹配效果更好。

重力垂直梯度导航值特征分布与可导航性分析

以并行Kalman滤波匹配导航原理为基础,设计重力垂直梯度辅助惯性导航系统导航的可导航值计算方法。基于西太平洋海域2′×2′测高重力垂直梯度数据库,给出西太平洋海域重力垂直梯度辅助导航2′×2′导航格网值。选取不同特征区域的5条航线进行辅助导航仿真定位,并对导航能力进行统计分析,给出可导航性值、匹配成功概率、定位误差的关系。结果表明,本文设计的重力垂直梯度可导航性值可以作为匹配区域选择以及航线规划的数量性依据,可导航值大于14.0时,定位误差优于2.0nmile,并给出西太平洋海域对应的区域分布。

水下重力异常相关极值匹配算法

重力辅助惯性导航是利用地球物理特征信息——重力来修正水下潜器惯性导航误差,其关键技术是匹配算法。基于平均平方差最小准则构造差分降权相关目标函数模型,针对受干扰误差随机影响,基于目标函数模型搜索得到的多个有效位置,均有可能以不同概率密度源于正确位置这一问题,提出概率数据关联滤波重力匹配算法,与最近邻法相比,该算法确定的航迹更接近于真实位置,提高算法的可靠性与抗干扰性;分析探讨序列采样间隔对匹配精度的影响。通过试验区仿真匹配,结果表明,当选择适当的采样间隔与采样长度,该算法能有效修正导航误差。

重力垂直梯度数据地图特征及其辅助导航

从随机过程理论出发,研究了重力垂直梯度场的主要特征参数(标准差、粗糙度、信息熵),通过选定局部窗口的滑移,计算了西太平洋海域分辨率为2’×2’的重力垂直梯度特征参数。选取不同特征区域的3条航线进行辅助导航仿真定位,并对导航能力进行统计分析,给出了重力垂直梯度特征参数与匹配成功率、定位误差的关系;在统计准则下,匹配成功率大于90%、定位精度优于1nmile,表明重力垂直梯度特征参数可以作为匹配区域选择以及航线规划的数量性依据。

一种新的基于R-D分析的重力匹配辅助导航算法

针对现有重力辅助导航匹配算法匹配精度、匹配率受惯导初始位置误差影响较大以及实时性较差等不足,提出一种实时重力辅助导航匹配算法.新算法利用惯导输出的相对位置信息,提取半径、方向角约束模型,然后通过对相似性进行度量,筛选出待匹配点,得到最优匹配参数,该算法可以在惯导初始误差较大的情况下进行实时、高效匹配.实验结果表明,新算法对惯导初始误差不敏感、鲁棒性好,而且精度高、实时性强.

基于A＊算法的重力辅助导航航迹规划

根据重力辅助导航航迹规划的特点,对经典A*算法启发函数进行了修改,改进A*算法通过重力坡度值表示重力导航启发信息,使用自适应确定对应阈值,增加预处理步骤以解决任意起始点和终止点的航迹规划问题。A*航迹规划算法能够根据重力信息分布情况调整航迹,使得规划的航迹重力导航信息更加丰富。重力相关匹配结果表明:跟随改进A*算法航迹的导航平均定位误差比跟随未规划航迹的小,改进A*航迹规划算法能够提高重力辅助惯性导航精度。

水下重力辅助导航适配区选取的研究进展

为进一步提高水下重力导航系统的匹配效率,研究探讨适配区选取的相关技术:介绍重力场基准图的插值重构、重力场特征参数的提取以及重力场适配区选取准则的构建方法;并分析重力辅助导航适配区选取技术今后的研究方向与研究重点。

重力场辅助水下导航仿真及分析平台的构建

基于Simulink工具对重力场辅助水下导航仿真及分析平台进行了详细设计,并对平台各模块的原理、建立过程和细节进行了详细介绍,形成了从基础重力格网数据库构建、匹配算法设计到最终性能评估的完整的重力场辅助水下导航仿真体系。该平台集成了现阶段比较优秀的重力场网格插值模型和匹配算法模型,只需要简单地对相应的算法Matlab函数进行修改就能方便地进行对比研究,是进行重力场匹配导航实验研究、演示验证的有力工具。