[发明专利]一种基于三角形约束模型的无源导航的等值线匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及了地球物理场(地形/地磁/重力)辅助惯性导航，主要针对辅助导航系统中匹配算法的初始匹配方法。

背景技术

地球物理场(地形/地磁/重力)辅助导航方法是一种十分有效的对惯性导航系统误差进行重调校正的方法，属于真正意义上的无源导航，因此受到了越来越多的关注。对于无源导航系统，通常在进入地球物理场导航图适配区域时，运载体在经过了相当长时间航行后由单纯惯性导航输出的导航位置和航向角都已积累了较大的误差，因此，利用地球物理场信息来校正惯导系统的大位置误差是地球物理场辅助惯性导航应首要解决的问题。

目前地球物理场辅助导航方法主要有分批处理的TERCOM算法(Terrain Contour Matching)和递归处理的SITAN算法(Sandia Inertial Terrain Aided Nayigation)两种。TERCOM算法主要以ICCP算法(Iterated Closest Contour Point)为代表，ICCP算法首先在地球物理场观测值所在的等值线上寻找距离惯导指示位置最近的点集，在此基础上进行迭代，求取每次迭代的旋转和平移变换，使上次迭代点集经变换后与该点集在等值线上的最近点点集的距离平方价值函数最小，将经过若干次迭代后的结果作为匹配点集。ICCP算法是在将惯导指示位置在对应等值线上的最近点作为真实位置的基础上建立起来的，因此算法的应用受到惯导指示位置与载体真实位置之间的误差必须足够小的假设条件的约束。SITAN算法利用Kalman滤波技术对实时采集的测量数据进行递归处理，从而得到惯导系统误差的最优估计。但是，载体位置误差与地球物理场异常值变化量成线性关系的假设只有当真实位置在惯导指示位置不远处时才成立，在惯导位置误差很大的情况下会引起误匹配。由以上的分析可知，无论是TERCOM算法还是SITAN算法，在惯导定位误差较大的情况下均不可用。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于三角形约束模型的无源导航的等值线匹配方法，它利用惯导系统连续两次采样间的距离信息和相对转向角构建高精度三角形几何约束模型，再基于三角形约束模型进行等值线匹配，故而保证三角形的精度只与惯导短时精度有关，而不受惯导系统长期累积误差的影响，具有可靠的置信度。

本发明采用的技术方案步骤如下：一种基于三角形约束模型的无源导航的等值线匹配方法，实现步骤如下：

第一步，判断运载体已进入地球物理场适配区域Ω，选取运载体所承载的地球物理场传感器连续的三个采样点，三个采样点所对应的时间分别为t₁、t₂和t₃时刻；

第二步，构建三角形几何约束模型，并结合地球物理场参考图所提供的场值与实测地球物理场值之间的尺度变化构建几何约束模型的三角形顶点位置误差置信区间δ；所述构建三角形几何约束模型的过程为：首先获取惯导系统在时间段t₁t₂、t₂t₃内输出的运载体相对行驶距离l₁、l₂及在t₂时刻的相对转向角θ；然后，利用l₁、l₂和θ三个参数构建三角形几何约束模型；

第三步，获取运载体承载的地球物理场传感器在t₁、t₂和t₃时刻三个采样点地球物理场值分别对应的全部等值线C₁、C₂和C₃；

第四步，构建运载体在采样点t₁时刻惯导系统提供的航向角扇形误差置信区间V，然后以等值线C₁的点集P₁内任意一点为起点，基于航向角扇形误差置信区间V和三角形几何约束模型，寻找运载体在等值线C₂上与之对应的初始匹配点，最终获取运载体在等值线C₂上的初始匹配点集

第五步，以初始匹配点集内任意一点为起点，基于三角形几何约束模型，寻找运载体在等值线C₃上与之对应的初始匹配点，获取运载体在等值线C₃上的初始匹配点集

第六步，获取同时满足t₁、t₂和t₃时刻匹配点形成初始匹配集；