基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法与流程

技术特征：
1.一种基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，包括：通过航迹起点小环域格网匹配定位策略，得到水下潜器航迹起点的最佳匹配位置；根据水下潜器航迹起点的最佳匹配位置，通过航迹终点变角度三层环域匹配定位策略，生成大环域待匹配格网点；迭代计算大环域待匹配格网点的匹配效能评价指标，并按最优原则获得大环域范围内水下潜器航迹终点的最佳匹配位置，以实现水下潜器航迹终点的有效匹配定位，进而修正ins系统控制参数并辅助完成水下潜器长航时长航距的航行目标。2.根据权利要求1所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，航迹起点小环域格网匹配定位策略的构建流程如下：获取某段水下潜器航行按采样时间间隔δt的ins航迹输出惯导序列{s1,s2,
…
,s
l
}；其中，l表示ins航迹的采样序列长度，s1、s2、
…
、s
l
表示惯导序列中的各航迹点；从{s1,s2,
…
,s
l
}中提取得到各航迹点对应的位置坐标和实测重力值，构建得到位置坐标序列{(x1,y1),(x2,y2),
…
,(x
l
,y
l
)}和水下潜器实测重力值序列{g1,g2,
…
,g
l
}；以惯导序列中的航迹起点s1的位置坐标(x1,y1)为中心，以3σ0作为最大外延的搜索边界半径，构建得到小环域；其中，σ0表示采样间隔为δt时的惯导漂移误差的标准差；根据北偏东旋转角度θ0和环半径比例均分系数λ，确定小环域内的待匹配格点的总数目和位置坐标，构建得到小环域待匹配格网点集。3.根据权利要求1所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，小环域内各待匹配格网点的位置坐标的计算公式如下：其中，和分别表示第i个小环上第j个格点的横纵坐标，r
i
表示小环域内第i个环的半径，β
j
表示小环域各环上第j个格点的旋转角度。4.根据权利要求3所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，r
i
＝3σ0λiβ
j
＝j
·
θ0其中，i＝1,2,
…
，且i的最大值j＝1,2,
…
，且j的最大值θ0∈(0,360]；λ∈(0,1]。5.根据权利要求4所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，通过航迹起点小环域格网匹配定位策略，得到水下潜器航迹起点的最佳匹配位置，包括：将航迹起点s1的位置坐标(x1,y1)和小环域内各待匹配格网点的位置坐标作
为航迹起点真实位置的待匹配点集；逐点将航迹起点真实位置的待匹配点集映射到重力基准图上，并按最近重力基准格点处的重力值作为待匹配点重力值，得到(x1,y1)对应的理论重力值和对应的理论重力值重力值其中，c表示重力基准图的格网分辨率，mapt(
·
,
·
)表示重力基准图按格点位置的重力值矩阵，[
·
]表示四舍五入取整；按重力偏差绝对值最小化原则，得到水下潜器航迹起点的最佳匹配位置得到水下潜器航迹起点的最佳匹配位置其中，当i＝0、j＝0时，即为x1、即为y1。6.根据权利要求5所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，航迹终点变角度三层环域匹配定位策略的构建流程如下：根据惯导序列中的航迹起点s1的位置坐标(x1,y1)和航迹终点s
l
的位置坐标(x
l
,y
l
)，确定得到水下潜器航行的航向信息和航距信息：定得到水下潜器航行的航向信息和航距信息：其中，d
ins
表示以h∈[0， ∞)范数刻画惯导航迹起
‑
终点间的距离度量，设h＝2，即计算欧氏距离；α
ins
表示以坐标系的横坐标为正方向的航向弧度角；根据以及水下潜器航行的航向信息和航距信息，估算得到大环域的中心位置坐标(x
o
,y
o
)：以(x
o
,y
o
)为中心，以r
max
作为最大外延的搜索边界半径，构建得到覆盖航迹真实终点的变角度三层拓扑结构环型格网点区域，记作大环域；以重力基准图的格网分辨率c作为大环域各环跨度间隔，得到大环域的总环数
将重力基准图的格网分辨率c与中间环的半径之比作为大环域内各格点生成的基准角按“内倍外半”原则，确定大环域内层环上相邻格点间的跨度角为外层环上相邻格点间的跨度角为并结合总环数m，构建得到大环域待匹配格网点集；其中，大环域待匹配格网点集为变角度三环层格点拓扑结构。7.根据权利要求6所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，大环域待匹配格网点的生成方式如下：将1σ
‑
epmp、2σ
‑
epmp、3σ
‑
epmp三种机制下大环域的总环数分别记作其中，σ表示惯导累积漂移误差标准差；对分别进行修正，得到修正后的三种机制下的大环域的总环数m
′1、m
′2、m
′3：其中，ξ＝1,2,3，分别对应1σ
‑
epmp机制、2σ
‑
epmp机制、3σ
‑
epmp机制；根据修正后的三种机制下的大环域的总环数m
′1、m
′2、m
′3，得到三种机制下大环域各环的半径r
1,j
、r
2,j
、r
3,j
：r
ξ,ζ
＝ζc，ζ＝1,2,
…
,m
′
ξ
…
(6)其中，r
ξ,ζ
表示第ξ种机制下的大环域的第ζ环的半径；根据修正后的三种机制下的大环域的总环数m
′1、m
′2、m
′3，得到三种机制下大环域的中间环半径间环半径根据三种机制下大环域的中间环半径得到三种机制下大环域内各格点生成的基准角格点生成的基准角根据(5)～(8)，得到不同机制下的大环域待匹配格网点。8.根据权利要求7所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，1σ
‑
epmp机制下大环域的内
‑
中
‑
外环层上各待匹配格网点的位置坐标的计
算公式如下：2σ
‑
epmp机制下大环域的内
‑
中
‑
外环层上各待匹配格网点的位置坐标的计算公式如下：3σ
‑
epmp机制下大环域的内
‑
中
‑
外环层上各待匹配格网点的位置坐标的计算公式如下：
9.根据权利要求8所述的基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，其特征在于，迭代计算大环域待匹配格网点的匹配效能评价指标，并按最优原则获得大环域范围内水下潜器航迹终点的最佳匹配位置，包括：确定第ξ种机制下大环域的内
‑
中
‑
外环层上的待匹配格网点的总数目n
ξ
；将第ξ种机制下大环域的第r个待匹配格网点作为待评估航迹终点，记作点其中，r∈{1,2,
…
,n
ξ
}；将点在重力基准图中对应的位置(x
r
,y
r
)与重力基准图的格网分辨率c相比，并按四舍五入原则得到重力基准图上最近邻于点的格网点base
l
；将格网点base
l
对应的重力值作为点重力值的近似；根据格网点base
l
在重力基准图上的位置坐标、水下潜器航行的航速和航向，提取得到点对应的重力图航迹序列及对应的最近邻重力序列将与水下潜器实测重力值序列{g1,g2,
…
,g
l
}进行对比，并计算匹配效能评价指标，记作msd
r
；依次计算得到第ξ种机制下大环域的内
‑
中
‑
外环层上的各待匹配格网点的匹配效能评价指标，得到第ξ种机制下大环域的内
‑
中
‑
外环层上的所有待匹配格网点的匹配效能评价指标集和{msd
r
|r＝1,2,
…
,n
ζ
}；基于{msd
r
|r＝1,2,
…
,n
ζ
}，按最优原则筛选得到大环域范围内水下潜器航迹终点的最佳匹配位置10.一种基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度系统，其特征在于，包括：解算模块，用于通过航迹起点小环域格网匹配定位策略，得到水下潜器航迹起点的最佳匹配位置；
生成模块，用于根据水下潜器航迹起点的最佳匹配位置，通过航迹终点变角度三层环域匹配定位策略，生成大环域待匹配格网点；迭代确定模块，用于迭代计算大环域待匹配格网点的匹配效能评价指标，并按最优原则获得大环域范围内水下潜器航迹终点的最佳匹配位置，以实现水下潜器航迹终点的有效匹配定位，进而修正ins系统控制参数并辅助完成水下潜器长航时长航距的航行目标。

技术总结
本发明公开了一种基于格网拓扑结构迭代最佳环域点提高水下导航精度方法，包括：通过航迹起点小环域格网匹配定位策略，得到水下潜器航迹起点的最佳匹配位置；根据水下潜器航迹起点的最佳匹配位置，通过航迹终点变角度三层环域匹配定位策略，生成大环域待匹配格网点；迭代计算大环域待匹配格网点的匹配效能评价指标，并按最优原则获得大环域范围内水下潜器航迹终点的最佳匹配位置，以实现水下潜器航迹终点的有效匹配定位，进而修正INS系统控制参数并辅助完成水下潜器长航时长航距的航行目标。通过本发明所述的方法，提高了水下潜器重力辅助导航的匹配精度。力辅助导航的匹配精度。力辅助导航的匹配精度。


技术研发人员：郑伟 李钊伟 赵世杰
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：2021.06.30
技术公布日：2021/11/23