地形辅助导航匹配误差研究

地形辅助导航系统中最重要、研究也最深入的部分就是匹配算法,除了算法本身构建 之外,匹配精度与应用条件之间的关系也是算法研究的重要内容。以TERCOM算法为研究 对象,将研究地形特征、地图分辨率、初始误差、惯性导航系统精度、载体运行速度和匹配 序列长度等因素对匹配精度的影响,为匹配算法的工程应用提供理论基础。     

惯性组合导航系统中的快速景象匹配算法研究

在景象匹配辅助导航中,特征点的选取是提高图像匹配速度、精度和鲁棒性的关键之 一。景象匹配中要求提取出的特征是那些可靠性高、辨别性强、计算量小的不变特征。提出 了基于SIFT特征的导航用快速景象匹配算法。算法首先针对惯性组合导航的工作特点, 对SIFT特征点检测及特征点匹配进行了优化设计,然后用RANSAC方法过滤掉错误匹配点,最 后,进行最小二乘精确匹配算法获取航向和位置偏差信息。实验分析了算法对不同分辨率图 像和不同区域的匹配适应性,抗噪声性能,匹配精度以及实时性,并与基于部分Hausdorff 距离的边缘特征景象匹配算法进行了对比。实验结果表明,算法的性能优越,在匹配速度、 精度和鲁棒性方面都优于部分Hausdorff距离算法,可以满足景象匹配导航系统匹配修正的 高性能要求。
     

一种适应较大INS速度误差的地形辅助导航算法

地形辅助导航是飞行器实现自主导航定位的重要方式之一。传统的地形辅助导航算法在匹配过程中,一般对惯性系统的速度误差范围有较严格要求,当速度误差过大时匹配正确概率会迅速下降。提出了一种新的基于短链修正的概率数据关联地形辅助导航算法,首先,依据短时间内由速度误差积累的航位漂移较小的特性,通过附近短链的关联滤波结果修正长链上的节点;其次,设计了通过匹配链后验概率构造关联概率的方法。该方法能较好地处理INS速度误差较大的情况,仿真结果表明该算法的正确匹配率,均方根误差和圆概率误差均优于TERCOM算法和直接基于概率数据关联的地形辅助导航算法。
     

基于Contourlet域Krawtchouk矩和改进粒子群的遥感图像匹配

为了进一步提高遥感图像匹配的精度和运算效率,提出了一种利用Contourlet变 换、Krawtchouk矩和改进粒子群的遥感图像匹配算法。在分别对参考图像和目标图像进行Co ntourlet分解的基础上,引入Krawtchouk矩来提取图像的局部特征,并利用改进的带极值扰 动的简化粒子群优化算法对低分辨率的遥感图像进行匹配操作,然后逐级上推,
最终实现全分辨率情况下遥感图像的匹配。实验结果表明,该算法与目前常用的遥感图像匹 配算法相比,不仅具有更高的匹配精度和运算效率,还有较强的鲁棒性。
     

迭代伪码捕获算法的改进方法

为了解决扩频通信系统中长伪随机码的快速捕获问题,在分析现有迭代伪码捕获算法 性能的基础上,提出了该算法的改进方法,即多重迭代伪码捕获算法。给出了改进算法的迭 代流程,并与原算法进行了性能的对比分析,结果表明迭代后极大似然估计的误码率较改进 以前有了明显的降低,同时得到了多重迭代伪码捕获算法的最优算法参数。
     

天线组阵中相位差的递推最小二乘估计与滤波

相位差的估计精度是影响深空网天线组阵中信号合成性能的关键因素。利用天线组阵S UMPLE或SIMPLE相关算法中相位差估计值之间的几何关系,提出了相位差变化率的最小二乘 估计,并在此基础上提出了相位差的递推最小二乘滤波方法。经过理论分析和仿真实验表明 ,所提出的方法能够大大提高相位差的估计精度;对于给定的例子,估计精度提高了接近两 个数量级。相位差经滤波后,天线阵的信号合成性能显著增强,从而大大提高对深空通信中 微弱信号的数据接收能力。
     

一种基于层次分析法的地磁匹配制导适配性评价方法

针对基于单一地磁场特征参数进行匹配区适配性评价易出现误判的现象,提出了一种基于层次分析法的适配性评价方法。通过对大量试验数据分析,定义了可信度的概念,分析了4种常用地磁场特征参数与匹配概率之间的可信度,发现单一特征参数不能作为适配性评价的有效依据;从分析地磁场特征参数隐含的信息入手,提出一种基于层次分析法的适配性评价方法,以实现有效评价适配性的目的;基于上述方法在选定区域进行了适配性评价实验。通过数据分析发现：利用本文提出的方法进行的适配性评价结果,与匹配仿真实验所得结果具有良好的一致性,可信度较之基于单一地磁场特征参数的适配性评价效果改善明显。
     

基于投影寻踪的地磁匹配区选取方法

针对基于单一地磁特征参数进行区域选取容易出现评价结果不全面的缺陷,提出了多特征参数融合的地磁匹配区选取方法。该方法结合信息熵和投影寻踪理论,综合考虑地磁标准差、粗糙度、相关系数和地磁熵等反映特定区域内地磁的总体起伏、光滑度、相关性强弱和信息量多少的地磁特征参数对匹配区的影响,建立了基于投影寻踪的地磁匹配区选取模型,利用遗传算法求解出最优投影方向,给出区域总的评价指数。利用文中提出的方法在选定区域进行了仿真试验,仿真结果表明,针对ICCP算法,在总评价指标高的区域进行地磁辅助导航,其匹配误差较小。
     

一种三维地形特征提取和匹配方法

针对行星漫游器地形相关导航中的地形匹配问题，提出一套三维地形特征提取匹配方法。该方法通过特征邻域散布矩阵特征值检测凸起和凹陷地形，以特征间距离和方向为元素构成三维特征描述集合，并引入集合相似理论判别特征是否匹配。由于采用特征之间的相对位置关系描述特征，从而提高了稀疏三维点云条件下地形特征的显著性。仿真结果表明，对于激光雷达（LiDAR）获取的三维地形数据，所提方法在特征重复检出率和正确匹配率方面优于现有方法，能够满足行星漫游器导航对地形匹配的要求。     

基于卫星测高数据的海底地形反演及分析

由于受限于观测条件,海底地形模型在分辨率与精度两方面较陆地和大地水准面模型有很大的差距。传统的海底地形测量是利用声呐船测技术获取水深数据,但该测量方法测量效率低、测量点分布稀疏不均匀。文章详细研究并推导了基于卫星测高数据进行海底地形反演的方法,采用卫星测高重力异常数据和少量船测水深数据,对北太平洋部分区域进行了海底地形反演,得到1′×1′分辨率的海底地形模型,并对反演关系中的非线性项进行了分析。仿真结果验证了此方法的可行性,指出海底地形与重力异常数据在一定波段内以线性关系为主,叠加非线性二次项和三次项可较好地提升反演精度,高于三次项的部分对反演的结果没有明显的作用,可以忽略。     

基于三维地形匹配的月球软着陆导航方法研究

针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量噪声统计特性的不确定性,将Sage\|Husa噪声估计算子与迭代卡尔曼滤波相结合,通过对测量噪声进行在线估计有效避免滤波精度下降甚至滤波发散的出现。数字仿真结果表明所研究的导航方法能够有效地实现探测器相对位置和姿态的精确估计。     

用于地形匹配雷达高度表的新型数字化搜索跟踪器

针对地形匹配脉冲雷达高度表的应用特点，提出基于M-OCOG算法的数宁式回波搜索跟踪器。分析了回波截获概率和跟踪性能，并通过对实际采集回波数据的连续仿真来展示该搜索跟踪器的地形匹配效果。结果表明，M—OCOG搜索跟踪器即使是在低信噪比时仍可保持高的回波截获概率，极强的网波跟踪鲁棒性以及在各高程范围良好的测高精度与地形匹配效果，为其工程应用奠定了基础。     

地形匹配相关算法融合处理

针对地形统计模型产生的模拟数字地图，采用地形熵算法、扩展卡尔曼滤波、地形局部线性化等地形匹配系统的相关算法，对由地形雷达测得的面数据和高度表测得的点数据进行融合处理。仿真结果表明，两种数据的结合，可使匹配精度比融合前提高70％以上。     

基于地形匹配的高超声速飞行器初始定向偏差在线辨识方法

针对高超声速飞行器机动发射条件下自瞄准时间短、初始定向偏差大的问题，提出一种基于地形匹配的初始定向偏差在线辨识方法。以综合初始对准和姿态控制的惯性系统导航误差模型为分析基础，融合相邻两个地形匹配区两次地形匹配定位结果，建立了初始定向偏差在线辨识模型，并从惯性系统工具误差系数偏差和地形匹配定位误差两方面讨论了辨识模型的适应性。以美国高超声速飞行器CAV H为研究对象建立仿真环境，采用蒙特卡洛法检验初始定向偏差辨识效果。仿真结果表明，在地形匹配定位误差为173.88 m (3σ)情况下，初始定向剩余偏差平均值为8.42″，最大值为34.65″，能够有效提高惯性系统导航精度，并且有助于缩短发射准备时间、提高武器系统生存能力。     

基于等高线图与小波变换的3D地形匹配算法研究

提出一种新的基于边缘的3D地形匹配算法。在算法中，一种结构紧凑的特征“等高线图”，用于表示参考高程图(DEM)及从实时数据恢复的高程图，这样3D地形匹配转化为基于等高线的匹配，即边缘(平面曲线)匹配问题。在边缘匹配过程中，首先用一种具有平移，旋转，尺度不变性的规范化小波描述子描述边缘。其次提出了一种基于小波系数域的快速边缘匹配算法，并分析了运算复杂性。由匹配成功的边缘对提取控制点的坐标。讨论了图像变换模型及基于最小均方根误差准则的图像变换参数估计方法。用真实地形实验表明该算法匹配精度高，计算速度快。最显著的特点是该算法抗噪声能力强。     

基于小波分解与分形内插相结合的地形数据压缩方法

地形匹配制导中需要使用大量的地形数据，因此有效的地形数据压缩技术是非常重要的。传统的地形数据压缩方法主要采用线性内插的方法，但这对于地形起伏较大的山区地形失真太大，不能满足高精度导航的要求。本文基于小波分解与分形内插相结合的方法，提出了一种新的地形数据压缩方法，它具有压缩比高，保真性好，解码快的特点，特别适合山区地形数据的压缩。     

在不同地形条件下的地形辅助导航系统定位精度评估

如何选择合适的地形是卡尔曼连续修正的地形辅助导航系统在实际应用中遇到的难题。本文首先建立系统仿真模型，然后利用ＡＲＣ／ＩＮＦＯ地理信息系统软件进行地形分析。在此基础上，通过大量的计算机仿真试验，对卡尔曼连续修正的地形辅助导航系统在不同地形条件下的定位精度进行了评估。评估结果为系统在实际应用中的地形选择提供了依据。