[发明专利]一种基于改进的ICCP算法的重力匹配辅助惯性导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及一种基于改进的ICCP算法的重力匹配辅助惯性导航方法。

背景技术

惯性导航系统具有无源性和自主性，因此水下航行器一般采用以惯性导航为核心的导航系统，以实现水下自主隐蔽导航。但惯性导航系统存在误差随时间积累而发散的缺陷，如果不定期修正，就无法保证其水下航行器长航时及高精度两个要求，因此必须要通过其他导航方式实时或定时修正惯性导航系统来抑制导航系统位置误差的增长，提高长航时导航精度。目前辅助惯导系统常采用的无源方法是天文导航、地磁匹配及地形匹配等技术。近年来，借助地形匹配的技术成果，重力/惯性、地磁/惯性、GPS/惯性等组合导航的理论方法也相继成为了国内外研究和开放的重点。

重力匹配辅助惯性导航系统目前获得各国的广泛关注。地球重力场的变化是地球固有的物理信息，稳定性较好，重力数据的获得是一个无源的过程，最大程度保证了潜器导航的隐蔽性和自主性。将重力信息引入惯导系统，通过与惯导系统组合修正，可以形成自主、高精度、高隐蔽性、抗干扰能力强的组合导航系统。重力匹配的核心是算法，经典的方法是地形轮廓匹配方法（TERCOM）、桑迪亚惯性地形辅助导航方法（SITAN）和基于等值线的最近点迭代方法（ICCP）。ICCP算法是近年来使用较多的一类匹配算法，最初它是用于图像配准中，Behzad首次将其引入到水下辅助导航，并给出了具体的实现形式，Bishop则通过仿真试验系统地验证了该算法的可行性及各种误差影响。ICCP算法是ICP算法以等值线为匹配单元的特例，它原理简单，易于实现。

ICCP算法不需要进行事先估计分析，只需对实测点值不断重复迭代，以求得最佳航迹。主要问题涉及等值线提取、最近点的求解和坐标值转换计算。ICCP算法是针对序列数据进行的运算，在使用前，需采样出足够的惯导指示航迹点和重力测量值。地球重力场在小范围内变化并不明显，因此航行器需要大范围搜索采样点才能满足算法需要特别变化明显的重力值的要求。潜器在水下航行速度较慢，导致算法在取采样点和重力值的环节上耗费大量时间。而此期间惯导误差继续随时间积累，如若再进行匹配，势必造成一次完整的重力匹配修正惯导耗时长、精度低，相邻匹配相隔时间也过长，不能达到最佳匹配的效果。如果将采样时间缩短，可以提高匹配精度，充分达到修正惯性导航的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于改进的ICCP算法的重力匹配辅助惯性导航方法，能够有效地提高重力辅助惯性导航系统的精度和实时性，从而减小惯导系统随时间积累误差及在惯导系统存在大误差条件下重力匹配失效的缺陷。

本发明的基于改进的ICCP算法的重力匹配辅助惯性导航方法中，匹配算法模块将重力仪器实测得的重力值与预存重力基准图中读取的重力值进行改进的ICCP算法匹配，得到接近真实轨迹的匹配轨迹，将匹配轨迹反馈给惯性导航系统进行轨迹修正，其中，改进的ICCP算法包括如下步骤：

步骤一，匹配算法模块利用重力仪器采集的n个航迹点作为初始序列P₁{p₁，p₂，…，p_n}，进行第一次匹配，第一次匹配时采用的刚性变换记为T₁，得到航迹M₁{m_1,1，m_2,1，…，m_n,1}；

步骤二，采集新的航迹点p_n+1，对p_n+1进行T₁变换得到m_n+1,1，将m_n+1,1代入航迹M₁中，替换航迹点m_1,1，形成航迹P₂{m_2,1，m_3,1，…，m_n,1，m_n+1,1}，将P₂作为初始序列进行第二次匹配，第二次匹配时采用的刚性变换记为T₂，得到航迹M₂{m_2,2，m_3,2，…，m_n+1,2}；