[发明专利]基于PSO和ICCP的地磁匹配导航方法

说明书

本发明提出了基于PSO和ICCP的地磁匹配导航方法，步骤包括：1、在地磁匹配时间段内获取地磁测量值以及同时刻的惯性导航系统(INS)指示坐标；2、采用多次匹配选取最优轨迹的策略，由滑动窗口在全局搜索区域中生成子区域，每次匹配分别在不同子区域内由四叉树生成初始化粒子，再先后使用PSO、ICCP对惯导指示轨迹分别进行粗、细匹配，从而获取一系列的候选轨迹；3、将最优轨迹的选取视作多属性决策问题，对每一条候选轨迹，分别使用其与真实轨迹的磁测序列的轨迹相关性和ICCP算法收敛度进行综合评价，进而选取最优轨迹输出，可以有效消除惯导累计误差，提高组合导航系统的定位精度。

技术领域

本发明涉及属于地磁匹配辅助导航技术领域，尤其涉及基于PSO和ICCP的地磁匹配导航方法。

背景技术

惯性导航系统作为一种典型的航位推算系统，具有良好的自主性和隐蔽性，但是其导航误差随时间积累，长期稳定性较差。因此，为了补偿惯导累积误差，需要通过其他辅助导航方式实时或定期修正。其中，地磁导航具有较强的独立性和无源性，误差不随时间积累且隐蔽性好，同时，地磁场作为相对稳定的地球物理场，赋予了地磁导航全天时、全天候、全地域的优良特征。因此，使用地磁导航系统定期校正惯导系统的累积误差，从而获得航行器长航时高精度的导航定位，是一种重要的导航方式。

以地磁场大小在位置上具有唯一性作为理论基础，地磁导航通过地磁匹配算法实现：基于惯导系统提供的参考轨迹位置，在地磁基准图中寻找与实时测量地磁序列相匹配的最优轨迹。然后通过组合滤波器将匹配结果与惯导系统进行融合，从而修正惯导系统的累积误差。

而作为地磁导航的关键技术，地磁匹配算法很大程度上决定了地磁导航的精度。常用的匹配算法有地磁轮廓匹配(MAGCOM)和迭代最近等值线点算法(ICCP)。其中ICCP对惯导指示轨迹进行刚性变换，使其不断逼近距离最近的地磁等值线点序列，可以同时消除位置误差和航向误差。然而，ICCP只能收敛到局部最优，容易受到初始位置误差的影响，因此存在过于依赖初始位置的不足。此外，受图像匹配技术的启发，粒子群优化(PSO)匹配算法也开始被运用于地磁匹配导航中，并且具有优秀的全局搜索能力，可以实现和ICCP的有效互补。

发明内容

为解决上述技术问题，针对ICCP地磁匹配算法受初始定位误差影响较大等现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于PSO和ICCP的地磁匹配导航方法，该方法利用PSO获取一条定位精度相对较高的粗匹配轨迹，再由ICCP进行进一步的细匹配，有效提高了地磁匹配导航定位精度。

基于PSO和ICCP的地磁匹配导航方法，包括如下步骤，其特征在于：

(1)以固定频率采集载体的位置与对应点的地磁场强度，并由惯导系统输出一条惯导指示轨迹各轨迹点位置对应的地磁实测值为

(2)之后采用多次匹配选取最优轨迹的策略，由滑动窗口在全局搜索区域中生成子区域，在滑动窗口指示的初始化子区域内随机生成一系列服从二维正态分布的粒子，之后通过四叉树法管理优化随机生成的初始化粒子，剔除冗余粒子；

由PSO对惯导指示轨迹进行粗匹配，每个粒子由一组轨迹修正参数构成，对应一条经过仿射变换的匹配轨迹，粒子u＝[p_x,p_y,a,θ]，参数分别表示惯导指示轨迹在x，y方向的平移修正、航向角修正与缩放修正，则该粒子对应的匹配轨迹为：

其中为粒子对应轨迹的第i个轨迹点坐标，为惯导指示轨迹的第i个轨迹点相对于初始轨迹点的相对位置坐标；

PSO在初始化区域通过四叉树生成初始粒子后，通过对粒子的不断迭代更新，使惯导指示轨迹不断逼近真实轨迹，最终输出最优匹配轨迹，粒子的迭代更新公式为：