一種基於改進msd的重力匹配方法
2023-06-28 22:45:21
一種基於改進msd的重力匹配方法
【專利摘要】本發明屬於重力輔助慣性導航系統的【技術領域】，尤其涉及一種基於改進MSD的重力匹配方法。本發明包括：確定參考位置信息；引入位置誤差向量；確定代價函數；確定使代價函數E最小的位置誤差向量；得到最終位置。針對傳統的重力匹配方法計算量大、耗時多的問題，本發明在MSD的基礎上，引入位置誤差向量，確定代價函數，簡化匹配計算機中的匹配過程，在保證匹配精度的基礎上，提高了匹配計算機的工作效率。本發明引入SOR迭代方法，獲取位置誤差向量，其收斂速度更快。一般的匹配方法都會用到重力資料庫，現有重力資料庫的精度還有待進一步提高，本發明的匹配過程中僅用到參考軌跡上點處的重力異常值及其變化梯度，減輕對重力資料庫的依賴。
【專利說明】—種基於改進MSD的重力匹配方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於重力輔助慣性導航系統的【技術領域】，尤其涉及一種基於改進MSD的重力匹配方法。
【背景技術】
[0002]慣性導航系統是一種利用自身的陀螺儀來建立和保持空間基準，並通過加速度計測量載體加速度，解算出載體的航向、航速、位置和水平姿態等數據的導航系統。慣性導航系統可以不接收外界信息，進行自主導航，因此在軍事上具有非常重要的地位，但由於其核心慣性器件一陀螺儀的固有隨機漂移造成系統誤差隨時間積累。利用外界信息對慣導系統進行重調，可以消除系統誤差積累，但這降低了載體的隱蔽性。地球重力場的變化是地球固有的物理信息，利用這種變化信息，可以修正慣性導航系統的位置誤差或限制其增長。重力輔助導航具有精度高，不受時間限制，對外無輻射的特性，可最終解決潛艇的隱蔽性問題，因此常作為慣性導航的輔助手段。
[0003]匹配算法是重力匹配技術的核心，重力匹配算法的作用是將重力儀的實時測量數據與計算機中預存的重力基準數據在空間位置上進行匹配，獲得最佳的匹配位置。匹配算法的精度決定了重力匹配系統的精度。與地形導航算法類似，現有的基於重力匹配算法也可分為兩大類，即序列相關匹配方法和遞推濾波方法。實際中，由於重力模型很難用解析表達式表示，遞推濾波的精度受到極大的限制。序列相關匹配方法主要是將實際測量序列與資料庫中所有可能基準序列按一定算法進行相關分析，計算實測數據和基準序列的相關度，將具有相關峰值的基準序列對應的位置作為匹配位置，進而修正主導航系統的導航參數。目前相關分析方法有三種較常用的性能指標:交叉相關算法(COR)、平均絕對差算法(MAD)和均方差算法(MSD)，其中MSD精度最高。但是這些相關分析方法計算量較大，耗時長，對重力資料庫的解析度有較高要求，且匹配精度不高。`
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種減少計算量，提高匹配精度的基於改進MSD的重力匹配方法。本發明的目的是這樣實現的:
[0005]基於改進MSD的重力匹配方法，包括:
[0006](I)確定慣性導航系統輸出的參考位置信息(經度rx和緯度ry)，根據計算機中預存的重力異常基準圖(EGM2008重力資料庫)獲取該位置的重力異常值Λ g和重力異常變化
梯度爿和
a.'.^y
[0007](2)引入位置誤差向量e = (ex, ey),建立參考位置(rx, ry)與匹配位置(px, py)之間的等式，在等式兩邊作用重力異常函數，並進行一階泰勒展開；
[0008](3)忽略參考軌跡和匹配軌跡在採樣間隔內航向和航速的變化，在均方差算法MSD的基礎上，確定代價函數E ;[0009](4)確定使代價函數E最小的位置誤差向量e，利用SOR迭代方法對位置誤差向量e進行迭代更新，即在已知第k次SOR迭代後位置誤差向量e (k)的基礎上，計算第k+Ι次SOR迭代時的位置誤差向量e(k+l)；
[0010](5)每次迭代後進行不等式判斷，若不等式成立，迭代終止，所得結果即為匹配位置誤差，否則，繼續進行迭代匹配；
[0011](6)在參考位置的基礎上，加上匹配得到的位置誤差，即可得到最終位置。
[0012]步驟(2)中，(；表示參考軌跡，Cm表示匹配軌跡，參考軌跡上的點的坐標可表示為(rxi, ryi)T，rxi和ryi分別表示參考點i的經度和緯度信息，其中i = 1，2，…，N，N是參考軌跡點總數，根據計算機中預存的重力異常基準圖，可知該點的重力異常值Ag(rxi，ryi)，(pxi, Pyi)τ表示與參考點(rxi, ryi)T對應的匹配點,Pxi和Pyi分別表示對應匹配點的經度和緯度信息:
[0013]
【權利要求】
1.一種基於改進MSD的重力匹配方法，其特徵在於: (1)確定慣性導航系統輸出的參考位置信息:經度rx和緯度ry，根據計算機中預存的重力異常基準圖即EGM2008重力資料庫，獲取該位置的重力異常值Λ g和重力異常變化梯度
2.根據權利要求1所述的一種基於改進MSD的重力匹配方法，其特徵在於:所述步驟(2)中，(；表示參考軌跡，Cm表示匹配軌跡，參考軌跡上的點的坐標可表示為(rxi，ryi)T，rxi和ryi分別表示參考點i的經度和緯度信息，其中i = 1，2，…，N，N是參考軌跡點總數，根據計算機中預存的重力異常基準圖，可知該點的重力異常值Ag(rxi，ryi)，(pxi，pyi)T表示與參考點(rxi，ryi)T對應的匹配點，pxi和pyi分別表示對應匹配點的經度和緯度信息:
Ag(rxi+exi，ryi+eyi) = Ag(pxi,pyi) 其中，exi = px1-rxi表示匹配點與參考點之間的經度誤差，eyi = pyi~ryi表示匹配點與參考點之間的緯度誤差，進行一階泰勒展開，即
3.根據權利要求1所述的一種基於改進MSD的重力匹配方法，其特徵在於:所述的代價函數
4.根據權利要求1所述的一種基於改進MSD的重力匹配方法，其特徵在於:所述確定使代價函數E最小的位置誤差向量e為代價函數E對exi和eyi求一階偏導數，即
5.根據權利要求1所述的一種基於改進MSD的重力匹配方法，其特徵在於:所述步驟(5)每次迭代後按下面的不等式進行判斷
6.根據權利要求1所述的一種基於改進MSD的重力匹配方法，其特徵在於:所述步驟(6)在參考位置(rxi，ryi)T的基礎上，加上匹配得到的位置誤差ei= [exi，eyi]T，即可得到最終位置，即
【文檔編號】G01C21/20GK103616027SQ201310690254
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】高偉, 趙博, 姜鑫, 周廣濤, 孫豔濤, 郝勤順, 林萌萌, 李佳璇, 夏秀瑋, 於春陽 申請人:哈爾濱工程大學