基于ICCP匹配算法的海底地形匹配辅助导航

利用海底地形辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向,采用ICCP算法作为对准匹配算法,利用实测地形数据和已知地形数据库,进行仿真计算,修正惯性导航系统累计误差,得到水下载体的最佳匹配位置,以提高水下载体的导航精度。

基于海底底质及地形特征的地形辅助导航适配区选择方法

随着多波束测深技术的不断发展,地形辅助导航广泛应用于海上舰船。本文针对传统特征参数没有包含深度以及海底底质因素而导致水下地形导航适配区判定不准确的问题,提出基于海底底质及区域地形特征的地形辅助导航适配区选择方法。本方法基于多波束探测数据,对区域地形数据进行统计分析,通过层次分析法对地形特征参数以及海底底质等适配性评价指标进行综合分析,得出权重向量并构建适配区选择准则函数,对匹配区域进行适配性判断。利用ICCP算法进行地形匹配蒙特卡洛仿真实验,实验结果表明,适配性选择函数克服了传统特征参数对匹配区域分析不全面的问题,可有效选择适配区,适配区内匹配误差小于5 m。

快速ICCP算法实现地形匹配技术研究

利用海底地形进行辅助导航是水下潜器导航技术致力于研究的新方向。采用ICCP算法作为对准匹配算法 ,从两个方面对ICCP算法进行了改进 ,一是将测量航迹进行随机旋转和平移来选择初始状态集 ,使其能够以足够小的误差概率收敛到全局最优中 ,减少了迭代次数 ;二是采用滑动窗口技术来寻找等值线上的最近点 ,在每一次收敛到局部最小的过程中都减少了最近点计算量。

基于地形熵和ICCP算法的水下辅助导航组合方法研究

基于ICCP算法的水下地形辅助导航可以很好地弥补INS长期误差积累的缺点。但ICCP算法在INS初始误差较大情况下易发散,为解决这个问题,提出用地形熵和ICCP算法的组合方法,即先用地形熵算法做粗匹配来降低INS的初始误差,用ICCP算法进行精匹配得到最佳匹配位置,在粗匹配阶段采用动态门限法,在精匹配阶段引入滑动窗口,这样可提高组合算法的快速性。仿真结果表明,组合算法是正确的和有效的。

地形匹配辅助导航中匹配区域的选择

利用海底地形匹配辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向。通过多波束测深系统测量获得的真实地形数据,采用ICCP算法为对准匹配算法,分析了实测地形的统计特征对相关匹配性能的影响,给出了地形匹配区域选择准则,并在实测地形图上利用匹配算法对此进行了仿真研究,从而得到水下载体的最佳匹配位置,提高水下载体的导航精度。

等值线匹配算法的地形适应性研究

地形辅助导航匹配算法的性能直接由地形特征所决定,因此,建立地形特征参数与匹配算法精度之间的定量关系不仅是判断匹配性能的需要,也是进行航迹规划的基础。本文以ICCP算法为研究对象,首先,运用聚类和回归分析方法挑选出6个与匹配精度密切相关的参数;然后,采用多重回归、二项Logistics回归和判别分析等三种方法分别得到匹配精度与地形特征之间的定量关系,其中多重回归分析得到的是匹配精度与地形特征参数之间的精确对应关系,而二项Logistics回归和判别分析则是建立误差类别与地形特征参数之间的关系。仿真结果表明,多重回归预测精度基本与实际匹配精度一致,但在少数样本点偏差较大;二项Logistics回归和判别分析的正确判断概率均优于90%。

基于PMF算法的水下地形辅助导航性能研究

针对目前水下地形辅助导航性能受诸多因素影响而无法得到最佳发挥的问题,采用双线性插值法制备了相应分辨率的水下数字地图,基于直接概率准则的质点滤波(PMF)算法,较为全面地仿真分析了水下航行器航速、测深误差、航向误差、速度误差、初始位置偏差,以及水下地形特征等因素对导航性能的影响规律,对PMF算法在复杂条件下的应用性能进行了剖析。仿真结果表明,PMF匹配算法在复杂条件下具有较强的稳定性;一定范围内,该算法对速度和航向表现出较好的抗误差能力,但速度太低会严重影响匹配性能;该算法受测深误差和初始位置偏差的影响程度较大,对测深精度和惯性导航系统提出了相对较高的要求;该算法地形适应性较强,但丰富地形更有利于匹配导航;通过合理地选择应用参数,可有效降低匹配误差,提高导航性能。该项研究可为日后匹配算法在水下导航工程实践中的应用提供参考。

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。

基于组合算法的水下地形辅助导航性能分析

针对目前水下地形辅助导航性能在单一算法下受多因素影响而无法得到最佳发挥的问题,采用双线性插值法制备了相应分辨率的水下数字地图,采用地形轮廓相关匹配(TERCOM)算法和基于直接概率准则的质点滤波(PMF)算法组成的组合匹配算法,较为全面地仿真分析了潜航器航速、测深误差、航向误差、航速误差、初始位置偏差和水下地形特征等诸多因素对导航性能的影响规律,对组合算法在复杂条件下的应用性能进行了剖析。仿真结果表明,在复杂条件下组合算法具有较强的稳定性和抗误差性,通过合理地选择应用参数,可有效降低匹配误差,提高导航性能,研究成果可为匹配算法在水下导航工程实践中的应用提供参考。

基于卡尔曼滤波的地形辅助导航

利用海底地形辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向。该文利用多波束测深系统测量真实地形数据,在此实测地形图的基础上,采用ICCP算法为对准匹配算法,得到水下载体的最佳匹配位置,提高水下载体的导航精度。并利用仿真以平台式惯导系统为例,用卡尔曼滤波对惯导系统误差进行最优估计,取得了较好的效果。