一种融合制造技术

本发明专利技术提出了一种融合

【技术实现步骤摘要】
一种融合MAGCOM与ICCP算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法


[0001]本专利技术属于地磁导航领域，具体涉及到一种融合
MAGCOM
与
ICCP
的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法
。

技术介绍

[0002]可控且高精度的无源自主导航技术是现代航天
、
深海
、
陆基载体以及物联网行业的关键技术之一，地磁定位与地磁精确导航技术为一类非主动式无发射源的自主导航方法，具备抗干扰能力较强
、
无累积误差等优点，是一种可相对独立于外部环境的导航系统
。
磁梯度张量不变量是磁梯度张量进行一定的运算得到一些不随坐标系变化而变化的标量，它与载体姿态无关，因此三轴磁强计十字阵列在不同的姿态下对磁梯度张量不变量的测量值保持不变
。
以这样的地磁特征作为匹配量，可以减小载体姿态变化对匹配导航精度的影响
。
地磁轮廓匹配
(MAGCOM)
算法是依赖平移搜索进行地磁特征匹配的算法，其算法流程较简单
、
运算速度快，在真实航迹与参考航迹角度偏差较小时精度高，在修正较大的初始位置误差时作用较好
。
等值线最近点迭代
(ICCP)
算法既能平移搜索又能旋转搜索，对旋转偏差的修正较为显著，但计算复杂且对初始误差很敏感
。MAGCOM
算法精度有限，且无法修正航向误差；而
ICCP
算法运行速度缓慢，在初始误差较大的情况下可能匹配失败，陷入局部最优
。
故而，常见的地磁导航匹配方法大多分别在
MAGCOM
算法与
ICCP
算法的基础上进行改进或糅合其他算法而得到
。
譬如，先在较大范围内进行粗匹配以降低初始误差，再用
ICCP
算法进行精匹配，为传统匹配算法精度与运行速度无法兼顾的难题提供了解决方案
(
王胜平
,
张红梅
,
赵建虎
,
唐平
.
利用
TERCOM
与
ICCP
进行联合地磁匹配导航
[J].
武汉大学学报
(
信息科学版
),2011,36(10):1209
‑
1212)
，但这种算法实现高精度导航的前提是背景场精度高，实测地磁序列误差很小；以
Hausdorff
距离作为度量函数，用该函数改进蚁群算法，并将混沌优化算法与基本蚁群算法融合进行地磁
MAGCOM
匹配
(
王崇兵
,
范荣双
,
李大伟等
.
一种改进混沌蚁群的地磁匹配算法
[J].
导航定位学报
,2022,10(03):116
‑
122)
，但其使用的惯导航迹是由真实轨迹计算得到的，设定了较小的初始误差
。
这些以地磁异常为匹配对象的导航方式，需要地磁正常场模型的参与，匹配精度与正常场模型的精度有关
。

技术实现思路

[0003]本专利技术涉及一种融合
MAGCOM
和
ICCP
的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，以地磁梯度张量不变量作为匹配对象，使用地磁梯度张量不变量基准图和惯性导航系统输出的参考航迹，进行多次迭代匹配获得匹配航迹，采用数位寄存器的原理提高匹配算法的实时性
。
以地磁梯度张量不变量为匹配对象，理论上无需地磁正常场模型的参与，从而解决了现有技术中存在的问题
。
[0004]一种融合
MAGCOM
与
ICCP
算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，包括以下步骤：
[0005]S100、
输入地磁梯度张量不变量基准图和参考航迹点序列，将参考航迹点序列与实测值点序列的地磁梯度张量不变量值进行预匹配，筛选出需要进行地磁梯度张量不变量快速匹配导航的航迹段；
[0006]S200、
将参考航迹
h
i
在设定误差范围内做水平和垂直移动；
[0007]S300、
遍历待匹配航迹序列，计算待匹配航迹点处的地磁梯度张量不变量与地磁梯度张量不变量实测值之间的
Hausdorff
距离，以
Hausdorff
距离最小的待匹配航迹作为粗匹配航迹序列；
[0008]S400、
找出地磁梯度张量不变量实测值所对应的等值线，再计算出每条等值线上与同时刻粗匹配航迹序列之间距离最近的点集；
[0009]S500、
计算旋转矩阵与平移向量；
[0010]S600、
多次迭代，满足迭代收敛条件，实现航迹序列的精匹配；
[0011]S700、
将
S600
输出的航迹序列和地磁梯度张量不变量实测值序列以队列的方式进行更新，新的参考航迹点和地磁梯度张量不变量实测值入队，原序列的首个元素出队，使序列长度保持不变，由组装起来的参考航迹点序列和实测值序列进行下一次匹配
。
[0012]进一步的，在
S100
中，所述预匹配的步骤包括：
[0013]S110、
待匹配区域内包含实际航迹点序列和参考航迹点序列的地磁梯度张量不变量值；
[0014]S120、
采用相关系数对待匹配区域内各航迹点处的地磁梯度张量不变量值进行相似性度量，当相关系数小于
0.9
时，认为两条航迹弱相关，需要校正；否则，不需要校正；
[0015]S130、
以一个单位长度为增量将待匹配区域进行扩边，使两条航迹各增加一个航迹点，并比较新的待匹配区域内两条子航迹的相似性，若子航迹强相关，则退出搜索并显示初始待匹配区域内的航迹段，根据滑动时间窗口的原理，从当前待匹配区域的末端点开始，以初始大小的待匹配区域重启搜索；
[0016]S140、
若扩边前后，两条航迹点集都强相关，则将待匹配区域整体挪动，
[0017]由此筛选出需要进行参考航迹校正的航迹段，开启地磁梯度张量不变量快速匹配导航进程
。
[0018]进一步的，在
S200
中，对主导航系统输出的参考航迹
h
i
进行水平和垂直移动，得到多个平移后的待匹配航迹，将这些待匹配航迹的航迹点在地磁梯度张量不变量基准图中获取对应的地磁梯度张量不变量序列
。
[0019]进一步的，在
S300
中，
Hausdorff
距离是描述两组点集之间相似程度的一种量度，是一种基于极大与极小值的距离，两个有限的点集
A
和
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种融合
MAGCOM
与
ICCP
算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、
输入地磁梯度张量不变量基准图和参考航迹点序列，将参考航迹点序列与实测值点序列的地磁梯度张量不变量值进行预匹配，筛选出需要进行地磁梯度张量不变量快速匹配导航的航迹段；
S200、
将参考航迹
h
i
在设定误差范围内做水平和垂直移动；
S300、
遍历待匹配航迹序列，计算待匹配航迹点处的地磁梯度张量不变量与地磁梯度张量不变量实测值之间的
Hausdorff
距离，以
Hausdorff
距离最小的待匹配航迹作为粗匹配航迹序列；
S400、
找出地磁梯度张量不变量实测值所对应的等值线，再计算出每条等值线上与同时刻粗匹配航迹序列之间距离最近的点集；
S500、
计算旋转矩阵与平移向量；
S600、
多次迭代，满足迭代收敛条件，实现航迹序列的精匹配；
S700、
将
S600
输出的航迹序列和地磁梯度张量不变量实测值序列以队列的方式进行更新，新的参考航迹点和地磁梯度张量不变量实测值入队，原序列的首个元素出队，使序列长度保持不变，由组装起来的参考航迹点序列和实测值序列进行下一次匹配
。2.
根据权利要求1所述的一种融合
MAGCOM
与
ICCP
算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，其特征在于，在
S100
中，所述预匹配的步骤包括：
S110、
待匹配区域内包含实际航迹点序列和参考航迹点序列的地磁梯度张量不变量值；
S120、
采用相关系数对待匹配区域内各航迹点处的地磁梯度张量不变量值进行相似性度量，当相关系数小于
0.9
时，认为两条航迹弱相关，需要校正；否则，不需要校正；
S130、
以一个单位长度为增量将待匹配区域进行扩边，使两条航迹各增加一个航迹点，并比较新的待匹配区域内两条子航迹的相似性，若子航迹强相关，则退出搜索并显示初始待匹配区域内的航迹段，根据滑动时间窗口的原理，从当前待匹配区域的末端点开始，以初始大小的待匹配区域重启搜索；
S140、
若扩边前后，两条航迹点集都强相关，则将待匹配区域整体挪动，由此筛选出需要进行参考航迹校正的航迹段，开启地磁梯度张量不变量快速匹配导航进程
。3.
根据权利要求2所述的一种融合
MAGCOM
与
ICCP
算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，其特征在于，在
S200
中，对主导航系统输出的参考航迹
h
i
进行水平和垂直移动，得到多个平移后的待匹配航迹，将这些待匹配航迹的航迹点在地磁梯度张量不变量基准图中获取对应的地磁梯度张量不变量序列
。4.
根据权利要求3所述的一种融合
MAGCOM
与
ICCP
算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，其特征在于，在
S300
中，
Hausdorff
距离是描述两组点集之间相似程度的一种量度，是一种基于极大与极小值的距离，两个有限的点集
A
和
B
之间的
Hausdorff
距离的定义如式
(1)
：
H(A,B)
＝
max(d(A,B),d(B,A))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
其中，
||
·
||
是
A
和
B
这两个点集之
间的欧几里德距离范数
。5.
根据权利要求4所述的一种融合
MAGCOM
与
ICCP
算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，其特征在于，在
S400
中，根据
ICCP
算法原理，找出实际航迹点的地磁梯度张量不变量实测值所对应的标量场等值线
C
i
，再计算出每条等值线上与同时刻粗匹配航迹序列
h
i_1
之间欧几里德距离最近的点集
g
i
，从航迹点处逐步扩大搜索范围并判断航迹点周围出现等值线的区域，寻找到出现等值线覆盖的最小区域后，在此范围内获取到的所有等值线上的点，逐个计算其到参考航迹点的欧几里德距离为：由欧几里德距离最小值反推出搜索范围内等值线上的最近点
X
m
(x
m
,y
m
)
，扩大搜索范围，计算新搜索范围内等值线上的点到参考航迹点之间的欧几里德距离，若存在比点
X
m
的欧几里德距离更小的点，则更新最近点
X
m
后，继续扩大搜索范围，直至搜索范围内不存在比欧几里德距离更小的点，距离点
X
m
(x
m
,y
m
)
最近的等值线上点的坐标
X
min
(x
min
,y
min
)
由线性插值求得，如式
(3)
：
6.
根据权利要求5所述的一种融合
MAGCOM
与
ICCP
算法的地磁梯度张量不变量快速匹配导航方法，其特征在于，在
S500
中，计算粗匹配航迹序列点集
h
i_1
与最近点点集
g
i
之间刚性变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉，陈新潼，聂子彧，刘永军，武立华，张丽婷，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：