[发明专利]一种重力匹配导航中基于空间顺序的误匹配检测方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，具体涉及一种重力匹配导航中基于空间顺序的误匹配检测方法。

背景技术

惯性导航系统是水下定位的主要设备。由于惯导的位置误差会随时间累积，长时间航行时需要进行重调和校正才能保证载体的定位精度。利用重力信息校正惯导的累积误差能够实现无源导航，因此重力匹配辅助导航是值得研究的方法。重力辅助惯导系统包括惯导系统，重力匹配算法，滤波环节，重力测量和重力数据背景图等部分。

在重力匹配导航中，算法定位精度深受航行区域的重力异常数据分布影响。重力异常数据分布的不规则和不确定性，导致匹配导航在不同航行位置通过重力异常数据实施匹配定位的效果差异大。尤其在实时单点匹配算法中，因为匹配准则多基于当前点或者前后相邻点信息，经常会出现匹配点的定位误差差异较大的情况，甚至有定位误差大于惯导定位误差的情况发生。

发明内容

有鉴于此，为了克服单点匹配算法定位误差标准差大的问题，考虑利用惯导轨迹的形状特性，对匹配结果中的误匹配点对进行检测，提出了一种基于空间顺序的误匹配检测的方法。算法利用空间顺序约束和仿射变换差约束筛选和确定匹配序列中的错误匹配点对。

本发明的一种基于空间顺序的误匹配检测方法，包括如下步骤：

步骤1、定义点集P为惯导提供路径段中轨迹点集合，点集Q为匹配后路径段中对应的轨迹点集合；分别建立点集P中各个轨迹点的KNN图和点集Q中各个对应点的对应图；然后根据KNN图建立点集P的距离顺序矩阵D_P和角空间顺序矩阵S_P，根据点集Q中各个对应点的对应图建立点集Q的距离顺序矩阵D_Q和角空间顺序矩阵S_Q，由此再获得点集P中各个轨迹点的角空间顺序序列O(p_i)和点集Q中各个对应点的角空间顺序序列O′(q_i)；再将点集Q作为惯导提供路径段，点集P作为对应的匹配后路径段，获得点集Q中各点对应的角空间顺序O(q_i)，再得到点集P各对应点的角空间顺序O′(p_i)；

步骤2、通过编辑距离计算角空间顺序O(p_i)和角空间顺序O′(q_i)的空间顺序差异并存储在Dif1(i)中，计算角空间顺序O(q_i)和角空间顺序O′(p_i)的空间顺序差异存储在Dif2(i)中；

步骤3、针对点集P和Q中每一组对应点的空间顺序差异Dif1(i)和Dif2(i)，在Dif1(i)和Dif2(i)均小于设定值的所有点对中，将拥有最大空间顺序差异Dif1(i)或者空间顺序差异Dif2(i)的点对挑出，作为候补异常点；如果没有这样的点对，空间顺序差Dif1(i)或者Dif2(i)小于空间顺序差异Dif1(i)和Dif2(i)中最大值的点被视为候补异常点；如果所有剩余的点对的空间顺序差都为0，则所有点被视为候补异常点，然后执行下一步；

步骤4、设置C为匹配向量，表示点集P和点集Q中各对轨迹点是否为匹配点，1表示匹配点，0表示误匹配点；C的向量长度等于点集P的长度，其初始值设置为[1，1，...1]；定义C_Outlier为候补异常点向量，存储步骤3确定的候补异常点；根据C_Outlier中候补异常点，将C中的相应变量C(i)的值置零；然后根据以下步骤确定候补异常点是否为最终确认的误匹配点：

1)、计算点集P和点集Q的变换误差E_pre：

其中，Nr是点集中非候补异常点的个数，仿射变换参数T是初始点集P和Q在删除候补异常点前的变换关系；

2)、每次删除一对候补异常点，得到两个新的点集P′和Q′；两个新点集P′和Q′的仿射变换参数为T′，删除C_Outlier中第k个候补异常点对后的点集P′和Q′的变换误差为

其中，k∈C_Outlier；

遍历候补异常点序列C_Outlier中所有的候补异常点对后，得到各个候补异常点对应的变换误差；

3)候补异常点序列C_Outlier中第k个候补异常点的变换误差差异通过下式计算：

4)、定义两个代价函数E_maxchange和E_cost：

表示从所有候补异常点对应的变换误差找到最大值；