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。

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。

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。

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。

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。

重力匹配导航的影响模式分析

从重力场匹配导航的改进TERCOM算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统分析,并在此基础上利用海洋年度重力测量数据设计了准实时仿真试验,结果表明：（1）采样长度对匹配结果有重要的影响,采样长度与重力基准图的分辨率比值在10~20之间时,能够获得较好的匹配效果;（2）适当增加采样间隔可以在一定程度上提高匹配的整体精度,但增加了匹配失效的风险,实际应用中采样间隔以2~4 min为宜;（3）重力测量白噪声误差对匹配结果影响相对较大,过大的误差将不能得到有效匹配,水下重力测量误差最好能控制在2 mGal以内。

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。

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。

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。

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。

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。

“最小均方误差旋转拟合法”重力辅助导航仿真研究

鉴于潜艇的惯性导航系统误差随时间积累的不足,重力/惯导组合导航技术是当前实现潜艇无源辅助导航的前沿和热点问题之一.以地形轮廓匹配算法(TERCOM)为基础,提出了一种新的重力匹配辅助导航算法:最小均方误差旋转拟合法.基于最小均方误差原则,寻找重力场背景图中平行于惯导系统指示航迹的某条匹配路径,使之绕该匹配路径的位置质心以一定的角度间隔顺时针(逆时针)旋转,在一定角度范围内进行搜索以寻找最佳匹配路径,并与周围的8个次佳匹配路径加权拟合,以拟合后匹配路径的终点位置为最优匹配位置.通过仿真试验并对算法的匹配可靠性和匹配误差进行分析,结果表明,相比TERCOM算法和SITAN算法,该算法能实时获得载体的最优位置,匹配定位精度提高约35%,达到1.05n mile,对提高现有重力场辅助导航的定位成功率和定位精度具有重要意义.