[发明专利]一种INS轨迹约束序列地形匹配算法

说明书

本发明涉及一种INS轨迹约束序列地形匹配算法，步骤：(1)利用传统序列地形匹配算法进行连续的地形匹配定位；(2)存储匹配定位过程中INS定位和地形匹配定位结果；(3)在一次以上的连续匹配定位后，利用本发明提出的INS轨迹约束法，由高程序列相关性和轨迹形状相关性共同构成匹配准则，进行后续的地形匹配定位。本发明通过利用多次匹配形成轨迹形状，可有效抑制地形匹配中的定位跳变问题。

技术领域

本发明涉及一种INS轨迹约束序列地形匹配算法，属于导航技术领域。

背景技术

在基于INS的导航系统中，由于INS误差随时间累积的特性，通常需要其他导航方法予以周期性校正，以TERCOM算法(参见Golden J P.Terrain contour matching(TERCOM):a cruise missile guidance aid[J].Image processing for missileguidance,1980,238:10-18.)、ICCP算法(参见Kedong W,Lei Y,Wei D,et al.Research oniterative closest contour point for underwater terrain-aided navigation[J].Structural,Syntactic,and Statistical Pattern Recognition,2006:252-260.)为代表的序列地形匹配算法是与INS组合的常用方法。

序列地形匹配算法的优点在于应用简便，性能可靠，其缺点是算法的平均定位精度不高，尤其是在连续定位过程中易出现跳变问题。跳变问题是指多次匹配定位后，估计位置已经接近真实位置，但之后的某一次匹配定位又突然产生较大的误差。跳变问题产生的根源在于地形匹配的相对独立性，即任意两次地形匹配的定位误差之间没有必然的联系。

为提高地形匹配的定位精度，众多算法，如特征匹配、粒子滤波等被提出。上述算法虽然有效提升了定位精度，但相应计算量也大幅增加，严重制约了实际工程应用。利用卡尔曼滤波直接组合序列地形匹配和INS定位结果是也是利用INS信息的一种方法，但由于对地形匹配误差缺乏实时有效的估计方法，滤波并不能实现最优组合，也无法抑制定位跳变问题。

发明内容

本发明技术解决问题：克服了现有序列地形匹配算法中易出现的定位跳变问题，保证了定位误差的整体收敛性，从而提高了地形匹配定位精度，且该算法计算简便，便于应用。

本发明的技术要点：

1.轨迹形状计算方法

变量O和X分别表示INS定位和地形匹配定位，则第k次INS和匹配定位结果可分别表示为O_k＝(O_k,x,O_k,y)^T和X_k＝(X_k,x,X_k,y)^T。第k和第k-1次定位之间，INS提供的轨迹形状信息可以表示为O_k-X_k-1，地形匹配给出的轨迹形状信息可表示为X_k-X_k-1。

若从第一次匹配开始统计，则到第k次匹配时，INS提供的轨迹形状信息可表示为

其中，表示第m次匹配到第k次匹配之间累积的INS形状信息。

若从第一次匹配开始统计，则到第k次匹配时，地形匹配提供的轨迹形状信息可表示为

S_M＝[Δδ_k，1 … Δδ_k，k-2 Δδ_k，k-1] (2)

其中，Δδ_k,m＝X_k-X_m，表示第m次匹配到第k次匹配之间累积的匹配形状信息。