[发明专利]地磁场线图匹配自主导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导航方法，特别是地磁场线图匹配自主导航方法。

背景技术

导航定位技术在现代科学技术发展中处于基础地位，渗透于各种军用和民用领域，显示出越来越重要的作用。然而目前较成熟的导航定位方法在长期导航任务、无典型地貌特征环境等条件下尚存在很大的不足，需要其它导航方式的补充。例如潜艇，若仅采用INS技术，即惯导技术，虽然可以自主导航且短时精度较高，但是存在积累误差，而在深水又难以借助其它现有技术，潜艇不得不定期浮出水面来修正，降低了其隐蔽性和安全性。再如巡航导弹，虽然可以收到无线电导航信号，但战争时期信号容易受到敌方的屏蔽和干扰，导航基站本身也容易受到攻击；此外，当跨海、沙漠和森林等飞行时，由于地形的灰度和纹理基本相同，地形匹配方法也无法实现。

地磁匹配导航的基本原理就是测量出载体当地的地磁场特征量随航迹形成的线图，并通过与预先存储的地磁图样做匹配比较，从而实现精确的导航定位。地磁图就是根据地磁场强度或方向等参量而绘制的一系列等值线。这些图样总体上遵循地球圆球模型形成的规律，但是也明显受到地壳的表面分布和局部地理特征的影响，最终形成丰富的特征图样。同时，地磁场还具有更多的强度和角度特征量，匹配的可操作性要比地形和图像更强。

文献“基于等值线约束的地磁匹配方法[J].空间科学学报，2007，27(6)：505～511.”公开了一种地磁匹配导航方法，该方法借鉴了地形轮廓匹配辅助导航方法，将匹配过程分为粗匹配阶段和精匹配阶段，利用地磁场等值线约束来辅助INS进行定位。但在实际应用中，这些方法也延续了地形匹配辅助导航方法的不足：不能脱离INS独立工作，在INS存在较大初始定位误差和航向误差情况下，由地磁匹配算法得到的定位精度大大降低；对地磁场信息利用不充分，只利用到单个地磁场幅值特征量进行匹配，从而容易陷入误匹配；在积累一系列的磁测数据之后才能进行相关匹配定位，从而导致导航的实时性较差等。

发明内容

为了克服传统地磁匹配导航方法对地磁场信息利用不充分、导航实时性不强和需要依赖INS共同工作等弱点，本发明提供一种地磁场线图匹配自主导航方法，按照设定频率连续测量航行器航迹上的多个地磁场特征量，并根据测量数据构造对应特征量的匹配线图，根据匹配相似性准则和匹配结果融合准则，采用全局最优搜索算法将多个特征量的匹配线图与对应的基准图做匹配比较，得到航行器的位置信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种地磁场线图匹配自主导航方法，其特点是包括下述步骤：

(1)选择多个地磁特征量作为匹配特征量；

(2)在采样时刻t，测量和计算地磁场匹配特征量；

(3)采用滑动窗口方式构造这些地磁特征量的匹配线图；

(4)采用全局最优匹配搜索算法将各个匹配线图分别与对应基准图做匹配比较，该步骤需要计算匹配线图的相似性度量值和归一化相似性度量值，并需要将不同特征量的归一化度量值融合；

(5)输出航行器在采样时刻t的定位信息；

(6)在下一采样时刻t＝t+1，重复执行步骤2～5，从而实现连续定位。

首选地磁场矢量强度作为匹配特征量，只有当地磁矢量强度起伏较小时，才添加地磁场角度特征量共同作为匹配特征量；在取观测点为原点，取地理北向、地理东向和垂直向下分别为x、y和z轴的正向的直角坐标系下定义各个地磁特征量，由式(1)计算地磁场其余特征量的值

H=X2+Y2]]>

tan D＝Y/X

sin D＝Y/H                                   (1)

tanI＝Z/H

sinI＝Z/F