基于改进TERCOM的地形辅助导航算法

自主水下航行器长时间航行后惯性导航系统的位置误差会随时间不断增加,地形辅助导航可帮助惯性导航系统进行误差校正。为解决地形轮廓匹配(TERCOM)算法对航向误差较敏感问题,提高地形辅助导航的匹配精度,提出了一种基于改进TERCOM的地形辅助导航算法。在TERCOM算法基础上增加旋转角度机制,首先根据INS航迹进行旋转平移并采用TERCOM算法进行粗匹配,然后引入改进粒子群算法进行精匹配。在某海图内进行水下地形匹配仿真实验,结果表明:与传统TERCOM算法相比,所提算法可降低航向误差84%,匹配精度可提高4倍多,对实现自主水下航行器的自主无源导航有重要意义。

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。

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。

利用TERCOM与ICCP进行联合重力匹配导航

重力匹配导航算法对提高匹配效率和精度具有重要意义,是水下匹配导航技术的热点问题。对已有的重力辅助惯性匹配导航算法开展了研究,在此基础上提出了一种新的基于ICCP与TERCOM相结合的重力匹配导航算法。该算法在已有改进算法的基础上,对惯性导航提供的采样间隔航距以及ICCP匹配航距,和改进TERCOM匹配航距进行了联合对比分析。通过设置限差,搜索出TERCOM匹配误差较大点,并用ICCP对应匹配点进行替换,反复搜索和替换,最终生成由两种算法结合的新匹配轨迹。在TERCOM匹配初始误差较小的情况下,该方法对TERCOM算法匹配精度的提升依赖于ICCP匹配结果。仿真结果表明:对于TERCOM出现明显误匹配且ICCP匹配结果较好时,该算法可大大提高重力匹配精度,距离误差由2000m降至870m,X轴方向由TERCOM匹配平均误差的1370m降至530m,Y轴方向由TERCOM匹配平均误差的1900m降至640m,从而更好地满足了水下导航的需求。

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。

一种应用于地形匹配雷达高度表中的回波跟踪与测高算法

脉冲雷达高度表内嵌的跟踪与测高算法在很大程度上决定了地形匹配系统的总体性能。普通的OCOG算法和其它基于回波前沿半功率点的跟踪算法都无法满足地形匹配的要求。因此,对OCOG算法加以改进,形成M-OCOG算法,并基于复杂地形回波的特性,分析M-OCOG算法在回波跟踪能力和测高性能方面的优越性,通过两种定量分析方法分析其地形匹配效果,说明了将其应用于地形匹配雷达高度表的可行性。

水下导航系统的地磁匹配算法研究

地磁匹配算法是地磁导航技术的核心。本文分析了影响地磁匹配的日变因素,选取了地磁场强度B为地磁特征量,提出了基于TERCOM算法改进的相对相关(Relative Correlation,RC)判定算法。仿真结果表明新算法可行。

基于增强型MAD算法的地形辅助导航仿真研究

针对地形辅助导航系统中的地形匹配计算问题,提出一种增强型平均绝对差(MAD)算法。算法采用最近时刻的位置偏差信息计算当前搜索区域中的高程匹配序列,使系统在任意时刻均可获得当前的地形匹配值,保证了匹配计算的连续性。在此基础上,根据MAD相关系数对数字地图上各搜索点的位置信息进行融合计算,以获取最佳的匹配点。为降低计算冗余量,在重叠的搜索区域对算法进行了优化。另外,当地形特征不明显时引入了判决机制,以增强算法的稳定性。仿真结果表明算法具有较好的动态定位效果。

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。

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。

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。

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。

一种基于地轴投影的二维重力匹配方法

惯性/重力匹配组合导航是实现水下航行器长航时、高精度、高隐蔽性航行的有效途径。为了提高初始定位误差较大情况下匹配算法的有效匹配率,通过分析目前重力矢量测量的难点,提出了一种基于地轴投影的二维重力匹配导航方法。并建立二维重力异常数据库,利用惯导提供的纬度信息将重力仪测得的重力异常进行分解,设计了二维重力匹配的V-ICCP算法。3条初始水平定位误差为6海里的仿真航迹试验结果表明,所提方法适用于初始定位误差较大情况下的匹配定位,V-ICCP算法的有效匹配率较ICCP平均提高了10%以上,为重力匹配问题的解决提供了一种新的思路。

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。

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。

基于TERCOM算法的重力匹配

研究了利用地形轮廓匹配(TERCOM)算法进行重力匹配辅助导航,分析了TERCOM算法对不同重力场分布区域的适应性。模拟试验证明,TERCOM算法简单易行,当重力场粗糙度达到3.7 mGal时,重力测量误差超过3 mGal,定位误差也在1个格网单位以内,粗糙度和坡度方差与匹配定位精度的强相关性是选取匹配区域的较好指标。

一种适用于无人机的地形匹配辅助导航算法

当GPS、北斗等卫星导航系统的信号由于干扰等原因失效时,亟需一种辅助导航算法引导无人机完成任务。综合TERCOM和SITAN算法的优点,提出了一种适用于无人机的地形匹配算法,既允许较大的初始位置误差,又满足机动条件下连续匹配的需求,仿真结果表明,该算法能够实现无人机惯导条件下的辅助导航,具有较大的实用价值。