一种基于改进msd的重力匹配方法
【专利摘要】本发明属于重力辅助惯性导航系统的【技术领域】，尤其涉及一种基于改进MSD的重力匹配方法。本发明包括：确定参考位置信息；引入位置误差向量；确定代价函数；确定使代价函数E最小的位置误差向量；得到最终位置。针对传统的重力匹配方法计算量大、耗时多的问题，本发明在MSD的基础上，引入位置误差向量，确定代价函数，简化匹配计算机中的匹配过程，在保证匹配精度的基础上，提高了匹配计算机的工作效率。本发明引入SOR迭代方法，获取位置误差向量，其收敛速度更快。一般的匹配方法都会用到重力数据库，现有重力数据库的精度还有待进一步提高，本发明的匹配过程中仅用到参考轨迹上点处的重力异常值及其变化梯度，减轻对重力数据库的依赖。
【专利说明】—种基于改进MSD的重力匹配方法
【技术领域】
[0001]本发明属于重力辅助惯性导航系统的【技术领域】，尤其涉及一种基于改进MSD的重力匹配方法。
【背景技术】
[0002]惯性导航系统是一种利用自身的陀螺仪来建立和保持空间基准，并通过加速度计测量载体加速度，解算出载体的航向、航速、位置和水平姿态等数据的导航系统。惯性导航系统可以不接收外界信息，进行自主导航，因此在军事上具有非常重要的地位，但由于其核心惯性器件一陀螺仪的固有随机漂移造成系统误差随时间积累。利用外界信息对惯导系统进行重调，可以消除系统误差积累，但这降低了载体的隐蔽性。地球重力场的变化是地球固有的物理信息，利用这种变化信息，可以修正惯性导航系统的位置误差或限制其增长。重力辅助导航具有精度高，不受时间限制，对外无辐射的特性，可最终解决潜艇的隐蔽性问题，因此常作为惯性导航的辅助手段。
[0003]匹配算法是重力匹配技术的核心，重力匹配算法的作用是将重力仪的实时测量数据与计算机中预存的重力基准数据在空间位置上进行匹配，获得最佳的匹配位置。匹配算法的精度决定了重力匹配系统的精度。与地形导航算法类似，现有的基于重力匹配算法也可分为两大类，即序列相关匹配方法和递推滤波方法。实际中，由于重力模型很难用解析表达式表示，递推滤波的精度受到极大的限制。序列相关匹配方法主要是将实际测量序列与数据库中所有可能基准序列按一定算法进行相关分析，计算实测数据和基准序列的相关度，将具有相关峰值的基准序列对应的位置作为匹配位置，进而修正主导航系统的导航参数。目前相关分析方法有三种较常用的性能指标:交叉相关算法(COR)、平均绝对差算法(MAD)和均方差算法(MSD)，其中MSD精度最高。但是这些相关分析方法计算量较大，耗时长，对重力数据库的分辨率有较高要求，且匹配精度不高。`
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种减少计算量，提高匹配精度的基于改进MSD的重力匹配方法。本发明的目的是这样实现的:
[0005]基于改进MSD的重力匹配方法，包括:
[0006](I)确定惯性导航系统输出的参考位置信息(经度rx和纬度ry)，根据计算机中预存的重力异常基准图(EGM2008重力数据库)获取该位置的重力异常值Λ g和重力异常变化
梯度爿和
a.'.^y
[0007](2)引入位置误差向量e = (ex, ey),建立参考位置(rx, ry)与匹配位置(px, py)之间的等式，在等式两边作用重力异常函数，并进行一阶泰勒展开；
[0008](3)忽略参考轨迹和匹配轨迹在采样间隔内航向和航速的变化，在均方差算法MSD的基础上，确定代价函数E ;[0009](4)确定使代价函数E最小的位置误差向量e，利用SOR迭代方法对位置误差向量e进行迭代更新，即在已知第k次SOR迭代后位置误差向量e (k)的基础上，计算第k+Ι次SOR迭代时的位置误差向量e(k+l)；
[0010](5)每次迭代后进行不等式判断，若不等式成立，迭代终止，所得结果即为匹配位置误差，否则，继续进行迭代匹配；
[0011](6)在参考位置的基础上，加上匹配得到的位置误差，即可得到最终位置。
[0012]步骤(2)中，(；表示参考轨迹，Cm表示匹配轨迹，参考轨迹上的点的坐标可表示为(rxi, ryi)T，rxi和ryi分别表示参考点i的经度和纬度信息，其中i = 1，2，…，N，N是参考轨迹点总数，根据计算机中预存的重力异常基准图，可知该点的重力异常值Ag(rxi，ryi)，(pxi, Pyi)τ表示与参考点(rxi, ryi)T对应的匹配点,Pxi和Pyi分别表示对应匹配点的经度和纬度信息:
[0013]
【权利要求】
1.一种基于改进MSD的重力匹配方法，其特征在于: (1)确定惯性导航系统输出的参考位置信息:经度rx和纬度ry，根据计算机中预存的重力异常基准图即EGM2008重力数据库，获取该位置的重力异常值Λ g和重力异常变化梯度
2.根据权利要求1所述的一种基于改进MSD的重力匹配方法，其特征在于:所述步骤(2)中，(；表示参考轨迹，Cm表示匹配轨迹，参考轨迹上的点的坐标可表示为(rxi，ryi)T，rxi和ryi分别表示参考点i的经度和纬度信息，其中i = 1，2，…，N，N是参考轨迹点总数，根据计算机中预存的重力异常基准图，可知该点的重力异常值Ag(rxi，ryi)，(pxi，pyi)T表示与参考点(rxi，ryi)T对应的匹配点，pxi和pyi分别表示对应匹配点的经度和纬度信息:
Ag(rxi+exi，ryi+eyi) = Ag(pxi,pyi) 其中，exi = px1-rxi表示匹配点与参考点之间的经度误差，eyi = pyi~ryi表示匹配点与参考点之间的纬度误差，进行一阶泰勒展开，即
3.根据权利要求1所述的一种基于改进MSD的重力匹配方法，其特征在于:所述的代价函数
4.根据权利要求1所述的一种基于改进MSD的重力匹配方法，其特征在于:所述确定使代价函数E最小的位置误差向量e为代价函数E对exi和eyi求一阶偏导数，即
5.根据权利要求1所述的一种基于改进MSD的重力匹配方法，其特征在于:所述步骤(5)每次迭代后按下面的不等式进行判断
6.根据权利要求1所述的一种基于改进MSD的重力匹配方法，其特征在于:所述步骤(6)在参考位置(rxi，ryi)T的基础上，加上匹配得到的位置误差ei= [exi，eyi]T，即可得到最终位置，即
【文档编号】G01C21/20GK103616027SQ201310690254
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】高伟, 赵博, 姜鑫, 周广涛, 孙艳涛, 郝勤顺, 林萌萌, 李佳璇, 夏秀玮, 于春阳 申请人:哈尔滨工程大学