[发明专利]一种基于圆环窗口的数字水深模型可导航能力评估方法

说明书

本发明提供了一种基于圆环窗口的数字水深模型可导航能力评估方法，属于海洋测绘和导航定位技术领域。根据海面任意点O，得到其铅垂线方向下对应的海底表面点C；将以OC为轴、夹角为α的射线旋转360°，构成圆锥Δ；以Δ切割数字水深模型面获得局部数字水深模型面；在局部数字水深模型面中选取水深最浅点O′，过O′作水平面与圆锥相交构成圆环Θ；将圆环Θ离散化得到水平位置点序列POS，构成水深值序列H；将POS平移得到水平位置点序列POS_i，构成新的水深值序列H′_i；计算H与H′_i的最小均方差作为O点的地形可导航能力。本发明能够精准评估该区域内数字水深模型在水下地形匹配方面的可导航能力，有利于科学合理选取水下地形匹配导航的海区，有利于提高水下地形匹配定位的精度和鲁棒性。

技术领域

本发明属于海洋测绘和导航定位技术领域，涉及一种选取数字水深模型可导航能力丰富的区域进行水下地形匹配定位的方法。

背景技术

数字水深模型可导航能力，表达的是局部地形的起伏特征在其邻近范围内存在特殊性，从而可以根据局部地形特征推算其所在位置的能力。局部地形的起伏越明显、特殊性越强，根据局部地形获取其位置信息就越容易，则其数字水深模型可导航能力越强。选取数字水深模型可导航能力强的区域作为水下地形匹配区，对于进一步提高水下地形匹配定位的精度和鲁棒性具有重要的意义。

然而，现有的数字水深模型可导航能力大多简单采用地形标准差、地形信息熵、地形粗糙度和地形自相关系数等统计指标来表示，没有考虑到各次匹配定位过程中所需具体局部地形可能并不相同这一问题：如图1所示，为两次匹配定位实验的航迹对比图，图中黑色网格表示数字水深模型，曲线T₁和曲线T₂分别表示潜航器两次匹配定位中的实验航迹，A为两航迹的交点，和分别表示潜航器在A点的速度。由图1可知，航迹T₁所需的局部地形(图1中左斜剖面线区域所示)与航迹T₂所用的局部地形(图1中右斜剖面线区域所示)并不一致。此时，单纯以地形标准差、地形信息熵、地形粗糙度和地形自相关系数等统计指标来表示地形可导航能力是并不准确的。

发明内容

为了克服现有数字水深模型可导航能力评价方法缺乏对匹配定位算法所需具体局部地形的考虑这一问题，本发明提供了一种基于圆环窗口的数字水深模型可导航能力评估方法。

本发明的技术方案为：

一种基于圆环窗口的数字水深模型可导航能力评估方法，包括以下步骤：

步骤S1：选取研究区域Φ，并在研究区域Φ中选取理论深度基准面上的任意位置为O；过O点作垂线，与数字水深模型面相交于点C；

步骤S2：根据给定的锐角α和线段OC构建三角形OCB；

步骤S3：将以线段OC为轴，将三角形OCB旋转360°得到圆锥Δ，圆锥Δ与数字水深模型面相交，得到局部数字水深模型面Γ；

步骤S4：在局部数字水深模型面Γ中选取水深最浅点O′，过O′作水平面F，水平面F与局部数字水深模型Γ相交构成圆环Θ；

步骤S5：将圆环Θ离散化，获得n个水平位置点(x₁,y₁),(x₂,y₂),...,(x_n,y_n)，构成水平位置点序列POS；

步骤S6：记录位置点序列POS中各水平位置点(x_j,y_j)处的水深值h_j，构成水深值序列H；其中，j＝{1,2,3,…,n}；