慣導(dǎo)定位誤差的時間發(fā)散特性致使搜索區(qū)域逐步擴大，從而使匹配計算 量增大的同時也容易產(chǎn)生較大的匹配誤差。因此需要對搜索范圍進行更新以加快解算速 度，同時抑制匹配誤差發(fā)散。
[0113] 慣導(dǎo)系統(tǒng)定位誤差隨時間增大而逐步發(fā)散，對某一特定慣導(dǎo)系統(tǒng)，其慣導(dǎo)定位最 大誤差發(fā)散速度可進行預(yù)先估計，設(shè)為在k時刻的最大慣導(dǎo)誤差為E1 (k)，重力匹配k時刻 的變換量為P (k)，則搜索向量dx應(yīng)滿足：
[0114] P(k-l)+dx| ^ E1 (k)
[0115] dx I 2Cx (k) +3Dx (k)
[0116] 其中，2Cx(k)是為了避免搜索區(qū)域遺漏而適當(dāng)擴大了范圍，3Dx(k)是搜索向量的 3 σ分布區(qū)間。
[0117] 從而可以得到，新的搜索范圍為：
[0118] dx e R (k) = [max {-2Cx (k) -3Dx (k), -E1 (k) -P (k~l)},
[0119] min {2Cx (k) +3Dx (k)，E1 (k) -P (k_l)]
[0120] dx e R (k) = [max {_2Cx (k) _3Dx (k)，-E1 (k) -P (k_l)}，
[0121] min {2Cx (k) +3Dx (k)，E1 (k) -P (k_l)]
[0122] 對于初始時刻，可以取
[0123] R⑹=[-E1 (O)1E1 ⑹]
[0124] (2)匹配迭代更新處理過程
[0125] 為了使匹配定位過程平穩(wěn)輸出和提高匹配精度，可對單次匹配定位結(jié)果進行加權(quán) 處理，加權(quán)系數(shù)與估計方差相關(guān)。由最優(yōu)估計理論，統(tǒng)計變量的估計精度與方差成反比。
[0126] 由匹配變化的估計方差系數(shù)和相關(guān)極值函數(shù)值，可以對匹配方差進行估計。設(shè)第 k時刻的匹配變化方差為Qx (k)，則有
[0127] Qx (k) = Refp (k) · Hx (k)
[0128] 設(shè)加權(quán)系數(shù)函數(shù)為F (k)，則：
[0130] 其中，μ為系數(shù)因子，是為了增強重力匹配定位的濾波效果。
[0131] 于是，重力匹配k時刻的變換量為P (k)可以表示為：
[0133] k時刻的參考軌跡取為：
[0134] Xr (k) = X1 (k)+P (k_l)
[0135] 重力匹配定位輸出為：
[0136] Xp (k) = X1 (k) +P (k)
[0137] 本發(fā)明的向量搜索匹配基本原理為：
[0138] 向量搜索匹配算法的主要思想是以慣導(dǎo)系統(tǒng)的輸出位置為參考軌跡，在慣導(dǎo)系統(tǒng) 誤差允許的范圍內(nèi)尋找一條軌跡作為重力匹配定位軌跡，這條軌跡滿足兩個條件，一是與 慣導(dǎo)軌跡幾何形狀相似，二是這條軌跡在重力圖上的物理場特性與重力儀實時測量輸出相 似，即相關(guān)極值函數(shù)達到最小。
[0139] 載體在重力匹配區(qū)域運動時，重力儀按一定的時間間隔采集一系列重力場強度 值，并經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后得到測量數(shù)據(jù)序列，記為：
[0141] 其中，N為單次匹配的采樣個數(shù)，也稱匹配長度，其值大小由物理場的特點、載體的 運動狀態(tài)和重力儀性能等多種因素決定。當(dāng)場信息豐富時，N可取小些；當(dāng)場信息貧乏時， N應(yīng)取大些。
[0142] 慣導(dǎo)系統(tǒng)同步輸出的位置序列為：
[0144] 其中，尤=μ(〇,舛/)]，為慣導(dǎo)輸出的經(jīng)煒度位置信息。
[0145] 對任何一個搜索向量=[私命]，可得到目標(biāo)位置序列：
[0148] 利用目標(biāo)位置序列，在重力數(shù)據(jù)圖中進行重采樣，便可以得到對應(yīng)于搜索向量的 dx目標(biāo)重力序列，設(shè)為：
[0150] 其中，GM( ·)為重力數(shù)據(jù)庫上重力值的空間變化函數(shù)，其值可通過重力數(shù)據(jù)庫空 間插值處理方法得到。
[0151] 此時，重力相關(guān)極值函數(shù)為
[0153] 對于不同的搜索向量dx，會得到不同的相關(guān)函數(shù)值。當(dāng)搜索向量取遍搜索區(qū)域R 時，取使相關(guān)函數(shù)極小Refp時的為最優(yōu)搜索向量δ X，此時對應(yīng)的目標(biāo)軌跡即為最優(yōu)匹配位 置Χρ，即：
[0154] δ X = (Refp= Ref ( δ X) ^ Ref (dx) | dx e R}
[0155] Xp= X J+ δ X
[0156] 可以看出，向量搜索算法的實現(xiàn)涉及到搜索區(qū)域的選取和搜索步長的確定。適當(dāng) 的搜索區(qū)域和搜索步長可以抑制重力匹配定位的發(fā)散和減小匹配計算量。
[0157] 本發(fā)明以均方差相關(guān)函數(shù)極小為目標(biāo)求解變換向量，每次匹配定位的結(jié)果又經(jīng)過 不斷加權(quán)迭代的過程，最終得到最優(yōu)匹配位置。
[0158] 本發(fā)明的仿真例：
[0159] 以圖3a給出的重力數(shù)據(jù)庫三維圖用作仿真的整個重力數(shù)據(jù)庫信息，以圖3b右下 角處的方框位置為匹配定位仿真區(qū)域。按照本發(fā)明的方法處理后，得到圖4a的重力匹配定 位軌跡和圖4b的重力匹配定位誤差曲線，通過圖4a和圖4b中給出的重力匹配過程中的慣 導(dǎo)軌跡、真實軌跡和匹配軌跡，可以看出經(jīng)過重力匹配定位后載體位置精度得到顯著提高， 該匹配算法性能良好。
[0160] 需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包 括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案 得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于慣性/重力匹配組合導(dǎo)航的向量搜索迭代匹配方法，其特征在于包括以下 步驟： 步驟1、由慣導(dǎo)輸出位置預(yù)估匹配搜索范圍和當(dāng)前匹配性能； 步驟2、以相關(guān)極值函數(shù)為目標(biāo)搜索確定最優(yōu)匹配變換； 步驟3、將匹配定位的結(jié)果經(jīng)過不斷加權(quán)迭代的過程，最終得到最優(yōu)匹配位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于慣性/重力匹配組合導(dǎo)航的向量搜索迭代匹配方法，其 特征在于：所述步驟1的具體實現(xiàn)方法為： 由當(dāng)前參考軌跡Xp得到： Tr=TMiX,) = ^J;,…s,7f} 其中，Gr為參考軌跡對應(yīng)的重力值序列，Tr為慣導(dǎo)軌跡對應(yīng)的重力值梯度序列，TM( ?) 為重力數(shù)據(jù)庫上重力梯度值的空間變化函數(shù)； 將重力數(shù)據(jù)庫線性化處理，并進行中心化，記G"=G得到： \TtI^I?〇X- 由最小二乘基本原理，得到變換向量sX的估計值Cx、方差系數(shù)Hx和估計方差Dx:3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于慣性/重力匹配組合導(dǎo)航的向量搜索迭代匹配方法，其 特征在于：所述步驟2的具體實現(xiàn)方法為： 設(shè)重力實時測量序列為4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于慣性/重力匹配組合導(dǎo)航的向量搜索迭代匹配方法，其 特征在于：所述步驟3的具體實現(xiàn)方法包括對搜索范圍的更新處理和匹配迭代更新處理過 程，其中： (1) 搜索范圍的更新處理過程為： 設(shè)在k時刻的最大慣導(dǎo)誤差為E1 (k)，重力匹配k時刻的變換量為P(k)，則搜索向量dx應(yīng)滿足： P(k-l)+dx| ^E1 (k)dxI2Cx(k) +3Dx(k) 其中，2Cx(k)是為了避免搜索區(qū)域遺漏而適當(dāng)擴大了范圍，3Dx(k)是搜索向量的3〇 分布區(qū)間； 從而可以得到新的搜索范圍為： dxGR(k) =[max{-2Cx(k) -3Dx(k), -E1 (k)-P(k-1)}, min{2Cx(k)+3Dx(k),E1(k) -P(k-1)] dxGR(k) =[max{_2Cx(k) _3Dx(k)，-E1 (k)-P(k_l)}， min{2Cx(k)+3Dx(k),E1(k) -P(k-1)] 對于初始時刻，取R(O) = [-E1(O)1E1(O)]； (2) 匹配迭代更新處理過程為： 設(shè)第k時刻的匹配變化方差為Qx(k)，則有Qx(k) =Refp (k) ?Hx(k) 設(shè)加權(quán)系數(shù)函數(shù)為F(k)，則：k時刻的參考軌跡取為： Xr(k) =X1GO+P(k-1) 重力匹配定位輸出為： Xp(k) =X1GO+P(k) 〇
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于慣性/重力匹配組合導(dǎo)航的向量搜索迭代匹配方法，其主要技術(shù)特點包括以下步驟：由慣導(dǎo)輸出位置預(yù)估匹配搜索范圍和當(dāng)前匹配性能；以相關(guān)極值函數(shù)為目標(biāo)搜索確定最優(yōu)匹配變換；將匹配定位的結(jié)果經(jīng)過不斷加權(quán)迭代的過程，最終得到最優(yōu)匹配位置。本發(fā)明作為重力匹配系統(tǒng)各組成部件聯(lián)接的樞紐，能夠完成從重力實時測量信息到載體位置的解算過程，其以慣導(dǎo)誤差范圍作為匹配區(qū)域，可以求得全局最優(yōu)解，且能抑制發(fā)散，對初始位置誤差要求低,可有效避免重力數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫線性化處理帶來的誤差和發(fā)散問題,提高了算法的效率和性能，對重力測量隨機誤差和慣導(dǎo)系統(tǒng)變性誤差具有較強的魯棒性。
【IPC分類】G01C21/16, G01C21/08
【公開號】CN105043388
【申請?zhí)枴緾N201510368921
【發(fā)明人】周賢高, 李曉平, 劉飛, 張辰, 吳太旗
【申請人】中國船舶重工集團公司第七0七研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月29日