i)与对应的正方形捜索区域内每个备选匹配点的重力异常值gi(xk，yk)求差，若lgiUi, yi)-gi(xk，y〇 I = A gi含S(S为满足导航要求的正数，根据经验设定），则认为备选匹配点k与 对应的惯性导航系统输出轨迹点i互为近似重力等值点。将不满足近似重力等值点求取条 件的备选匹配轨迹点剔除掉，满足条件的继续作为备选匹配轨迹点。
[0036] 步骤四：各个正方形捜索区域的备选匹配点筛选完成后，在每个正方形捜索区域 中任意挑选一个备选匹配点，按照时间顺序，将挑选出来的备选匹配点组成一条备选匹配 轨迹;按上述方法，遍历各个备选匹配点，得到所有的备选匹配轨迹。
[0037] 由于惯性导航误差随时间不断累积，因此匹配轨迹点与对应的惯性导航输出轨迹 点之间的距离偏差应该越来越大。同时考虑到惯性导航系统在短时间内漂移不会太大，因 此变化会在一定的范围内。
[0038] 从上述得到的所有备选匹配轨迹中任意挑选一条，按照时间顺序逐个计算该备选 匹配轨迹上备选匹配轨迹点与对应的惯性导航输出轨迹点之间的距离；
[0039] 假设ti时刻为该条备选匹配轨迹的第一个备选匹配点，ti时刻惯性导航输出轨迹 点i的经度和缔度分别为半和知1 ;ti时刻对应惯性导航输出轨迹点i提取的备选匹配轨迹点 A的经度和缔度分别为菊和'读；ti+i时刻惯性导航输出轨迹点i + 1的经度和缔度分别为考苗 和娩;tw时刻对应惯性导航输出轨迹点i+1提取的备选匹配轨迹点B的经度和缔度分别为 岭郝喊i化=1，2,…，Nw);惯性导航输出轨迹点巧日备选匹配轨迹点A的距离为Si;惯性导 航输出轨迹点i+1和备选匹配轨迹点B的距离为Sw;地球半径为R;e为一满足导航要求的小 距离。引入匹配约束条件，同一条备选匹配轨迹中，各个备选匹配点与对应的惯性导航输出 轨迹点之间的距离是否越来越大，同时，两相邻备选匹配点对应的距离是否小于或等于预 设的阔值e，即表示为下式：
[0040] 0 < Sw-Si < e [0041 ] 其中
[0042]
[0043]
[0044] 特别说巧，若化球h两点的经、结麼分别为U，0)和(义，化），则两点之间最短圆弧 距离为：
[0045] 将满足上述匹配约束条件的备选匹配轨迹筛选出来。
[0046] 步骤五、针对每一条筛选出来的备选匹配轨迹，计算各个备选匹配点对应的重力 异常值gi(xk，y〇与实时重力仪测得的重力异常值gi(xi，yi)之差的平方，再进行加权求和， 权重值为化，得到误差累积A A，计算公式为：
[0047]
[0048] 由于惯性导航误差随时间累积，前一时刻输出的数据比后一时刻输出的数据相 比，通常具有更高的精度和可信度，因此在匹配过程中前一时刻的权重值大于后一时刻权 重值，即随时间累积，权重越来越小。最优匹配设计准则是使误差累积A A取最小值，得到最 佳匹配轨迹。
[0049] 步骤六、按照步骤二至步骤五的方法，对步骤一划分的每一组匹配序列进行处理， 得到各组对应的最佳匹配轨迹，最终形成完整的匹配轨迹输出。
[0050] 实施例：
[0051] 本实施例中，仿真条件为：匹配区域的经度区间为138.3-139.3度，缔度区间为 25.1-25.4度;重力图分辨率0.5 ' X 0.5 '； 一组序列取10个点。重力场背景图（含规划航迹和 惯性导航轨迹)如图2所示。
[0052] 利用传统方法（固定捜索区域)确定的捜索区域如图3,利用本发明的方法(可变捜 索区域)如图4,可见捜索范围有效减小。图4相比图3,捜索区域内的备选匹配轨迹点总个数 由IO 4个有效减少到了 IO3个。
[0053] 限定捜索区域后，利用|gi(Xi，y〇-gi(xk，yk)| = Agi含S选择出对应的近似重力等 值点，如图5所示。近似重力点的选取过程进一步减少了备选匹配轨迹点的个数，将其压缩 到了 IO2数量级。
[0054] 选择出近似重力等值点之后，便完成了备选匹配点的筛选。通过提取备选匹配点 可W得到备选匹配轨迹。利用匹配轨迹点距离相应惯性导航输出点的偏差越来越大运一约 束条件，即Sw-Si含0,减少了备选匹配轨迹的数量。求取出近似等值点W后，备选匹配轨迹 共有1〇1緣，而利用该约束条件约束之后，备选匹配轨迹有效减少为IO 5条，如图6所示。
[0055] 最后利用本发明方法提出的加权性能指标，选择出A A取最小值时的备选匹配轨 迹作为最终匹配结果，匹配结果如图7所示。
[0056] 仿真结果:在该匹配序列中，匹配轨迹点缔度误差最大为0.42 '，经度误差最大为 0.46'，均小于一个网格，可见匹配结果精度很高。关于匹配实时性和高效性方面，通过引入 可变捜索区域的方式，将捜索区域内的备选匹配点总个数由IO 4个减少到了 IO3个;通过引入 近似重力等值点的选取过程，进一步将备选匹配点的个数压缩到了 IO2数量级;求取出近似 重力等值点后，备选轨迹共有l〇w条，通过引入匹配约束条件，备选轨迹有效减少到IO 5条。
[0057] 由此可见，本发明方法与传统相关极值匹配算法相比，保证匹配精度很高的同时 有效提升了匹配效率。
[0058] 综上所述，W上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、离线状态下，在预存的重力基准图上寻找对应的惯性导航系统输出轨迹点；将 获得的惯性导航系统输出轨迹点以N个为一组，分成多组匹配序列;所述N的取值范围为5至 20； 步骤二、从导航开始时刻起，选择第一组匹配序列，分别以该匹配序列内的每个点为中 心，逐个划定正方形搜索区域;正方形搜索区域内除惯性导航系统输出轨迹点之外的每个 点称为备选匹配轨迹点； 步骤三、针对各个惯性导航系统输出轨迹点，将其对应的重力仪测量的重力异常值与 该惯性导航系统输出轨迹点所在的正方形搜索区域内每个备选匹配轨迹点的重力异常值 求差，若差值小于预设阈值S，则认为备选匹配轨迹点与对应的惯性导航系统输出轨迹点互 为近似重力等值点；将不满足近似重力等值点条件的备选匹配轨迹点剔除掉，满足条件的 继续作为备选匹配轨迹点； 步骤四：各个正方形搜索区域的备选匹配轨迹点筛选完成后，在每个正方形搜索区域 中任意挑选一个备选匹配轨迹点，按照时间顺序组成一条备选匹配轨迹;按上述方法，遍历 各个备选匹配轨迹点，得到所有的备选匹配轨迹； 针对所有备选匹配轨迹中的任意一条，按照时间顺序逐个计算该备选匹配轨迹上备选 匹配轨迹点与对应的惯性导航输出轨迹点之间的距离； 然后将满足下述匹配约束条件的备选匹配轨迹筛选出来，所述匹配约束条件为：随时 间推移，同一条备选匹配轨迹中，各个备选匹配轨迹点与对应的惯性导航系统输出轨迹点 之间的距离越来越大，同时，两相邻备选匹配轨迹点对应的距离小于或等于预设的阈值； 步骤五、针对每一条筛选出来的备选匹配轨迹，计算各个备选匹配轨迹点对应的重力 异常值gl(Xk，yk)与实时重力仪测得的重力异常值gl( Xl，yi)之差的平方，再进行加权求和， 第i个备选匹配轨迹点的权重值为以:，得到误差累积A A，计算公式为：找到误差累积A A取最小值时的备选匹配轨迹，即为最佳匹配轨迹。 步骤六、按照步骤二至步骤五的方法，对步骤一划分的每一组匹配序列进行处理，得到 各组对应的最佳匹配轨迹，最终形成完整的匹配轨迹输出。2. 如权利要求1所述的一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，其特征在于，所述正方形 搜索区域的边长随时间累积不断增大。3. 如权利要求1所述的一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，其特征在于，随时间累 积，所述权重越来越小。4. 如权利要求1所述的一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，其特征在于，每个正方形 搜索区域的半边长等于对应的惯性导航输出轨迹点的漂移距离。
【专利摘要】本发明公开了一种重力辅助惯性导航系统匹配方法，利用可变搜索区域的方式，令搜索区域随惯性导航精度实时变化，有效减小了搜索范围，减少了备选匹配轨迹点的数量，搜索效率得以提升；通过在每个搜索区域内寻找与重力仪测量的重力异常值近似相等的点，进一步完成备选匹配轨迹点的筛选；同时利用匹配轨迹点与对应的惯性导航输出轨迹点之间的距离偏差越来越大且变化在一定范围内这一约束条件，有效减少了备选匹配轨迹的数量，提升了匹配效率。
【IPC分类】G01C21/16
【公开号】CN105716605
【申请号】CN201610192227
【发明人】邓志红, 卢文典, 付梦印, 王博, 肖烜, 刘彤
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年3月30日