[发明专利]用于地磁/捷联惯导组合导航系统的地磁匹配导航方法

摘要

本发明公开了一种用于地磁/捷联惯导组合导航系统的地磁匹配导航方法。本发明方法基于递推求解思想，采用实时评价的方式，在每一步递推求解后根据匹配情况来评价是否可以输出匹配结果，从而将算法时间分散在各个采样时刻。该方法克服了现有地磁匹配算法在数据批处理上实时性的不足，能够自适应调整匹配数据序列的长度，避免了现有地磁匹配算法需要预先指定匹配序列长度的困难。

主权项

一种用于地磁/捷联惯导组合导航系统的地磁匹配导航方法，所述地磁/捷联惯导组合导航系统包括惯性导航系统、磁传感器及地磁数据库，其特征在于，该方法根据惯性导航系统输出轨迹和磁传感器输出地磁值，在惯性导航系统位置误差和磁传感器测量误差允许的范围内寻找地磁数据库中的可行解，经过时间递推和结果评价，计算偏移矩阵和偏移评价矩阵，缩小可行解空间大小，最终确定一个最优解作为匹配结果输出，具体包括以下步骤：步骤1、载入惯性导航系统输出位置附近的地磁数据库，并根据惯性导航系统初始位置误差和磁传感器测量误差确定初始偏移矩阵和初始偏移评价矩阵，具体包括：步骤101、根据下式计算偏移矩阵的中心坐标(Ox(0),Oy(0))，Ox(0)=δx(1)/dx，Oy(0)=δy(1)/dy ，式中，δx(1)、δy(1)分别为惯性导航系统在经度方向和纬度方向的初始位置误差，dx、dy分别为地磁数据库在经度方向和纬度方向的网格单位规格；步骤102、根据下式计算偏移矩阵的大小为 Nx(0)×Ny(0)，Nx(0)=2Ox(0)+1，Ny(0)=2Oy(0)+1 ；步骤103、初始化偏移矩阵：记初始偏移矩阵为T(0)=(tij(0))，i=1,2,3,…,Nx(0)，j=1,2,3,…,Ny(0)，其所有元素初始化为1；步骤104、初始化偏移评价矩阵：记初始偏移评价矩阵为S(0)=(sij(0))，i=1,2,3,…,Nx(0)，j=1,2,3,…,Ny(0)，其所有元素初始化为1；步骤2、根据惯性导航系统输出位置和磁传感器输出地磁值，更新偏移矩阵和偏移评价矩阵，具体包括：步骤201、查询地磁数据：在偏移矩阵T(k‑1)中，寻找所有满足tij(k‑1)=1，i=1,2,3,…,Nx(0)，j=1,2,3,…,Ny(0)的索引坐标(i,j)，并求出其所对应的实际地理位置坐标pij(k)=(xij(k),yij(k))， xij(k)=x0(k)+(i‑Ox(0)‑1)dx，yij(k)=y0(k)+(j‑Oy(0)‑1)dy，然后在地磁数据库中查询出实际位置pij(k)对应的地磁值vij(k)；其中k为当前采样时刻，k=1,2,3…，x0(k)、y0(k)分别为当前k采样时刻惯性导航系统输出的经度方向和纬度方向的位置坐标；步骤202、更新偏移矩阵：将偏移矩阵T(k‑1)中值为1的元素tij(k‑1)作如下处理，如果步骤201查询出的地磁值满足vij(k)∈[v0(k)‑3σv,v0(k)+3σv]，则设为1，否则设为0，其中，v0(k)为当前k采样时刻磁传感器输出的地磁值，σv为磁传感器的测量标准差；令T(k)= T(k‑1)；步骤203、更新偏移评价矩阵：根据步骤202得到的偏移矩阵T(k)，按照下式更新偏移评价矩阵S(k‑1)， sij(k‑1)=sij(k‑1)tij(k)g(vij(k)‑v0(k))，i=1,2,3,…,Nx(0)，j=1,2,3,…,Ny(0)，其中，g(.)表示磁传感器测量误差的概率分布函数；新得到的矩阵即为更新后的偏移评价矩阵S(k)；步骤3、计算当前k采样时刻的结果评价因子，并判断是否输出当前匹配结果：步骤301、计算偏移矩阵T(k)中元素值为1的所有元素之间关于索引坐标的最大距离，包括经度方向和纬度方向；步骤302、利用地磁数据库的网格单位规格dx×dy，将步骤301得到的最大距离转换成实际地理长度，即为地磁匹配结果评价因子r(k)=[rx(k),ry(k)]，rx(k)、ry(k)分别为经度方向和纬度方向的实际地理长度；步骤303、判断r(k)是否在预设允许误差范围R内，如否，返回步骤2；如是，则选出偏移评价矩阵S(k)中的最大元素smn(k)，(m,n)为该最大元素的索引坐标；并根据下式求出其所对应的当前地理位置，作为地磁匹配定位结果输出，q(k)=(x0(k)+(m‑Ox(0)‑1)dx,y0(k)+(n‑Oy(0)‑1)dy) 。