[发明专利]基于软间隔局部半圆搜索提高水下导航效率和可靠性方法

说明书

本发明公开了一种基于软间隔局部半圆搜索提高水下导航效率和可靠性方法，包括：获取惯导数据，并导入研究区域的重力基准图；基于软间隔圆型格网匹配机制，进行一次匹配搜索，得到航迹终点一次最佳匹配位置；判断航迹终点一次最佳匹配位置是否位于软边界圆域的边界区；若位于软边界圆域的边界区，则基于局部半圆型格网匹配机制，对航迹终点一次最佳匹配位置进行二次匹配搜索，得到航迹终点二次最佳匹配位置；否则，直接输出航迹终点一次最佳匹配位置；根据航迹终点一次最佳匹配位置和航迹终点二次最佳匹配位置，得到航迹终点最终最佳匹配位置，并根据航迹终点最终最佳匹配位置对惯导参数进行校准。本发明提高了水下导航效率和可靠性。

技术领域

本发明属于水下导航学、海洋测绘学等交叉技术领域，尤其涉及一种基于软间隔局部半圆搜索提高水下导航效率和可靠性方法。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS，惯性导航系统，简称惯导)是水下潜器最普遍的一种实时、自主、全天候导航技术，具有短时高精度定位特性，但惯性元器件的固有误差和定位解算的多次积分等却导致INS误差随时间累积发散而难以满足潜器长航时高精度的定位目标，因此，辅助INS导航技术兴起，即INS利用辅助导航技术定期校准系统控制参数以保持导航精度。作为地球固有地理属性之一的重力场信息不易受气候、海浪等不确定环境影响并表现出长时间相对稳定性，故重力场信息适合被用于辅助导航，目前重力辅助导航系统作为水下辅助INS导航的一项重要技术并已成为国内外学者研究的国际热点议题。

匹配算法是重力辅助惯导系统的核心，目前常见的重力匹配算法主要包括桑迪亚惯性地形辅助导航算法(SITAN)、迭代最近等值线点算法(ICCP)和地形轮廓匹配算法(TERCOM)。相较而言，TERCOM算法以计算简单、对初始误差不敏感、鲁棒性强、定位精度较高等优点而得到学者的广泛关注和研究，但TERCOM匹配过程中误匹配的发生会严重影响INS系统参数的校准效果，甚至导致水下潜器潜航任务的失败，因此，如何在不显著影响重力匹配导航效率的同时有效降低误匹配的发生概率是TERCOM研究的一项重要研究议题。

在TERCOM误匹配的原因探究和诊断方面，Wang等认为INS初始累积误差过大、背景地磁特征少是导致TERCOM误匹配的原因，并构建一种基于相似度极值探测的TERCOM误匹配诊断算法；Han等指出受限于基准图的大分辨率和重力异常分布的不确定性而可能导致TERCOM误匹配，并基于RSOC算法提出TERCOM误匹配诊断方法；Dai等认为若特征是光滑的则TERCOM等匹配算法将出现较高的误匹配概率；Wang等指出COR指标一定程度可能导致误匹配而MSD指标则是一种有效的相关性评价指标，且其准确性略高于MAD和COR指标，建议选用MSD作为匹配指标；Wang等指出在重力场变化不显著区域易发生误匹配；Wang等指出在地形非适配区TERCOM易受测量误差影响而出现伪峰和误匹配。另一方面，在改善TERCOM算法匹配效率方面，Yuan等以TERCOM/ICCP算法融合Kalman滤波而提出组合水下辅助导航算法，同时精确匹配精度采用滑动窗口以提高算法效率；李钊伟等基于粗-细匹配策略而提出一种新型分层邻域阈值搜索法以改善TERCOM算法逐点遍历搜索的匹配效率；Li等通过球面几何的最短弧原则和空-海环境下姿态控制理论相耦合而提出一种新的基于测地线方法以缩小匹配区域尺度并改善算法的匹配效率。

综上所述，大部分学者主要围绕水下潜器导航误匹配原因或规避、匹配效率提高等单方面性能改善研究，而同时提高算法水下导航匹配效率和可靠性方面的研究工作则相对较少。因此，需要进一步强化并开展同步改善TERRCOM匹配效率和误匹配规避的研究工作。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于软间隔局部半圆搜索提高水下导航效率和可靠性方法，旨在提高水下导航效率和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于软间隔局部半圆搜索提高水下导航效率和可靠性方法，包括：

获取惯导数据，并导入研究区域的重力基准图；