重力场和地磁场综合匹配在导航中的运用
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直 至收 敛 ， 丁停止 显著 的变 化 。 即
修正 。为修 正误 差 ， 需要 利 用 相 关 的 物理 场 来 辅
助惯性 导航 。利用 重 力 场 和 地磁 场 辅 助 导航 ［ ］
算 法流 程见 图 １ 。
是 当前 最 重要 的两 个 研 究 手段 ， 代最 近等 值 线 迭
算法 （ｔｒｔ ｅｃwenku.baidu.comｓｓ ｃｎｏ ｒｐ ｉｔＩＣ ） 辅 ｉ ａｉ ｌ ｅｔ ｏ ｔｕ ｏｎ，Ｃ Ｐ 是 ｅ ｖ ｏ
度等值 线 附近 。
１ ９ ２
研究方 向： 源导航 。 无
Ｅ ｍａ ｌ ｂ ｕ ｓ ｙ ９ ｂｕ ｓ ｙ １ ３ ｃｍ － ｉ： ｌ ｅ ｋ ｌ ｌｅ ｋ ＠ ６ ． ｏ
一
第１ 期
船
海
工
程
第 ３ 卷 ９
２ ）在计 算 数 据点 同重 力 等值 线 上 的 点 的距
离时 ， 只考虑那 些 与其 地 磁 北 向强 度 对应 的最 近 的重力 等值线 附近 的点 。 ３ ）比较 所 有 计 算 出来 的距 离 ， 最 小 的 结 值 果对 应 的 重 力 等 值 线 上 的 点 就 是 所 需 的 最 近 点。 在不考虑 插值 的前提 下对 Ｉ Ｃ Ｃ Ｐ算法 的第一 步做 出改进并 仿真 。该方法 同样可 以在插 值 后 ］ 的等值 线 图中运用 。
迹 和真实 航迹 完全重合 。生 成 图像 时线段被 点状
线 覆盖 。
图 ２ 普 通 ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 的 匹配 图
３ 实验 仿 真
算法 的验 证 在 Ｍｉ ｏｏｔＶｉ ａ Ｃ＋ ＋ ６ ０ ｃ ｓｆ ｓ ｌ ｒ ｕ ．
环 境下进 行 。编 程工 具 为 ＭＦ 。仿 真结 果 见 图 Ｃ ２ ３ 图中等值线 上 数 字 为模 拟 的地 磁强 度 值 ， 、， 单
位 为 １ Ｔ。 Ｏ 图中有些部 分 没有 线 段 ， 因 为匹 配后 的航 是
误差 会随 时 间而 累积 ， 因此 需 要 进 行 导航 误 差 的
Ｍ（ ，Ｘ 一 ｙ Ｔ ） ＣＴ ） Ｍ（ ，Ｘ 一∑ ｆ 一 ｌ
１
ｌ 。
３ ）将 集 合 Ｘ 变 换 到集 合 丁Ｘ， 新 的集 合 将 丁 作 为起始 集 合 进 行 下 一 步 迭 代 ， 复该 过 程 Ｘ 重
可能地 接 近 目标 对象从 而 达到 匹配 目的。算法 前
提是 匹配对 象 和 目标 对 象 己经 很 接 近 ， 即他 们 的 距离不 大 。在 图像 匹配 技 术 中 Ｉ Ｐ算 法 得 到 了 Ｃ 广泛应 用 。Ｉ Ｃ Ｃ Ｐ算 法 是 Ｉ Ｐ算 法 的特 例 。其 实 Ｃ
图 ｌ ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 流 程 图
助导航 等值 线算 法 中较为 成熟 的一种 。
１ ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 的基 本 原 理
迭 代 最 近 点 算 法 （ｔｒｔ ｅ ｃｏ ｅｔｐ ｉｔ ｉ ａｉ ｌｓｓ ｏｎ ， ｅ ｖ Ｉ Ｐ 通过反 复 的 刚性 变换 （ 转 和 平 移 ） 小 匹 Ｃ ） 旋 减 配对象 和 目标对 象 之 间 的距 离 ， 使得 匹配 对 象 尽
摘
要： 以重力等值线图辅助惯性导航匹配为主要的匹配方 法 ， 同时用地磁等值 线 图来修 正重力辅助 惯
性导航 中的误差 ， 以达到航迹的精确匹配 。最后利用重力场数据 和地磁场数 据进行仿 真 ， 实验结 果表 明该 算 法相 比于使用单一 的惯性导航算法 ， 提高 了匹配精度 。 关键词 ： 迭代最近 等值线算法 ； 惯性导航 ； 重力 ； 地磁 ； 等值线
中图 分 类 号 ： ６ ． Ｕ６６ １ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７５ （０ ０ ０ １ ９０ １ ７—９ ３ ２ １ ） １０ ２—３
Ｎ
惯性 导航 是一 种无 源导航 ， 泛应用 于航 天 、 广
航空 、 航海等领域…， 具有不依赖外界信息、 向 不
外界 辐射 能量 、 不受 干扰 、 隐蔽 性好 的特 点 。但 其
质是 匹配 多边弧 ， 即要 找到 一个 短弧 ， 使其 与一个
长弧 中的一 段最佳 匹配 ， 主要步 骤为 ： １ ）对每一个数 据点 ， 在其等值线上 寻找最近
２ 对 Ｉ Ｐ算 法 的 改进 ＣＣ
ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 的第 一 步是求 出数据点 在 等值
线上 的最 近点 仅 利 用 了重力 等 值 线 。改进 的 方法 中不 仅 求 出 数 据 点 在 重 力 等 值 线 上 的最 近
点， 记这些点 为 ， 假设 是 的相应等值线点 。
２ ）利 用旋 转 、 移在 重力 等值 线 Ｃ上 寻找 变 平 换 丁， ｙ一 ｛ ｝ Ｘ 使 与
最小 。
｛７） 个集 合 之 间 距 离 ． 两 １ ，
点， 同时运 用 地磁 北 向强 度 ＿等 值 线 图来 修 正 利 ３ ］ 用重 力等 值线 图 匹配 时的误 差 。具 体算 法 如下 。
第３ ９卷
第１ 期
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣＥＡＮ ＨＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ． ９ Ｎｏ １ １３ ．
Ｆｅ ． Ｏ ０ ｂ ２ １
２１ ０ ０年 ２月
重 力场 和地 磁 场 综 合 匹配 在 导航 中 的运用
杨 昆， 康戈 文 ， 李 洪
（ 电子 科 技 大 学 自动 化 工程 学院 ， 都 ６０ ５ ） 成 １ ０ ４
１ ）测量 数 据点 处 的地 磁北 向强 度值 ， 估计 与
收 稿 日期 ：０ ９０ —８ ２０ —３１
修 回 日期 ：０ ９０ —４ ２０ —８１ 作者简介 ： 杨 昆 （ ９３） 男 ， 士 生 。 １８一 ， 硕
该数据点对应的重力等值线上的最近点在地磁北
向强 度等 值 线 图 中可 能 的位 置 。例 如 ， 强度 值 是 ５６ ０ Ｔ， ． ×１ 则与 该点 对应 的重 力等 值线 上 的最 近点应 该在 强度 值 为 ６０ ０ Ｔ 的地 磁北 向强 ． ×１
修正 。为修 正误 差 ， 需要 利 用 相 关 的 物理 场 来 辅
助惯性 导航 。利用 重 力 场 和 地磁 场 辅 助 导航 ［ ］
算 法流 程见 图 １ 。
是 当前 最 重要 的两 个 研 究 手段 ， 代最 近等 值 线 迭
算法 （ｔｒｔ ｅｃwenku.baidu.comｓｓ ｃｎｏ ｒｐ ｉｔＩＣ ） 辅 ｉ ａｉ ｌ ｅｔ ｏ ｔｕ ｏｎ，Ｃ Ｐ 是 ｅ ｖ ｏ
度等值 线 附近 。
１ ９ ２
研究方 向： 源导航 。 无
Ｅ ｍａ ｌ ｂ ｕ ｓ ｙ ９ ｂｕ ｓ ｙ １ ３ ｃｍ － ｉ： ｌ ｅ ｋ ｌ ｌｅ ｋ ＠ ６ ． ｏ
一
第１ 期
船
海
工
程
第 ３ 卷 ９
２ ）在计 算 数 据点 同重 力 等值 线 上 的 点 的距
离时 ， 只考虑那 些 与其 地 磁 北 向强 度 对应 的最 近 的重力 等值线 附近 的点 。 ３ ）比较 所 有 计 算 出来 的距 离 ， 最 小 的 结 值 果对 应 的 重 力 等 值 线 上 的 点 就 是 所 需 的 最 近 点。 在不考虑 插值 的前提 下对 Ｉ Ｃ Ｃ Ｐ算法 的第一 步做 出改进并 仿真 。该方法 同样可 以在插 值 后 ］ 的等值 线 图中运用 。
迹 和真实 航迹 完全重合 。生 成 图像 时线段被 点状
线 覆盖 。
图 ２ 普 通 ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 的 匹配 图
３ 实验 仿 真
算法 的验 证 在 Ｍｉ ｏｏｔＶｉ ａ Ｃ＋ ＋ ６ ０ ｃ ｓｆ ｓ ｌ ｒ ｕ ．
环 境下进 行 。编 程工 具 为 ＭＦ 。仿 真结 果 见 图 Ｃ ２ ３ 图中等值线 上 数 字 为模 拟 的地 磁强 度 值 ， 、， 单
位 为 １ Ｔ。 Ｏ 图中有些部 分 没有 线 段 ， 因 为匹 配后 的航 是
误差 会随 时 间而 累积 ， 因此 需 要 进 行 导航 误 差 的
Ｍ（ ，Ｘ 一 ｙ Ｔ ） ＣＴ ） Ｍ（ ，Ｘ 一∑ ｆ 一 ｌ
１
ｌ 。
３ ）将 集 合 Ｘ 变 换 到集 合 丁Ｘ， 新 的集 合 将 丁 作 为起始 集 合 进 行 下 一 步 迭 代 ， 复该 过 程 Ｘ 重
可能地 接 近 目标 对象从 而 达到 匹配 目的。算法 前
提是 匹配对 象 和 目标 对 象 己经 很 接 近 ， 即他 们 的 距离不 大 。在 图像 匹配 技 术 中 Ｉ Ｐ算 法 得 到 了 Ｃ 广泛应 用 。Ｉ Ｃ Ｃ Ｐ算 法 是 Ｉ Ｐ算 法 的特 例 。其 实 Ｃ
图 ｌ ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 流 程 图
助导航 等值 线算 法 中较为 成熟 的一种 。
１ ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 的基 本 原 理
迭 代 最 近 点 算 法 （ｔｒｔ ｅ ｃｏ ｅｔｐ ｉｔ ｉ ａｉ ｌｓｓ ｏｎ ， ｅ ｖ Ｉ Ｐ 通过反 复 的 刚性 变换 （ 转 和 平 移 ） 小 匹 Ｃ ） 旋 减 配对象 和 目标对 象 之 间 的距 离 ， 使得 匹配 对 象 尽
摘
要： 以重力等值线图辅助惯性导航匹配为主要的匹配方 法 ， 同时用地磁等值 线 图来修 正重力辅助 惯
性导航 中的误差 ， 以达到航迹的精确匹配 。最后利用重力场数据 和地磁场数 据进行仿 真 ， 实验结 果表 明该 算 法相 比于使用单一 的惯性导航算法 ， 提高 了匹配精度 。 关键词 ： 迭代最近 等值线算法 ； 惯性导航 ； 重力 ； 地磁 ； 等值线
中图 分 类 号 ： ６ ． Ｕ６６ １ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １７５ （０ ０ ０ １ ９０ １ ７—９ ３ ２ １ ） １０ ２—３
Ｎ
惯性 导航 是一 种无 源导航 ， 泛应用 于航 天 、 广
航空 、 航海等领域…， 具有不依赖外界信息、 向 不
外界 辐射 能量 、 不受 干扰 、 隐蔽 性好 的特 点 。但 其
质是 匹配 多边弧 ， 即要 找到 一个 短弧 ， 使其 与一个
长弧 中的一 段最佳 匹配 ， 主要步 骤为 ： １ ）对每一个数 据点 ， 在其等值线上 寻找最近
２ 对 Ｉ Ｐ算 法 的 改进 ＣＣ
ＩＣ Ｃ Ｐ算 法 的第 一 步是求 出数据点 在 等值
线上 的最 近点 仅 利 用 了重力 等 值 线 。改进 的 方法 中不 仅 求 出 数 据 点 在 重 力 等 值 线 上 的最 近
点， 记这些点 为 ， 假设 是 的相应等值线点 。
２ ）利 用旋 转 、 移在 重力 等值 线 Ｃ上 寻找 变 平 换 丁， ｙ一 ｛ ｝ Ｘ 使 与
最小 。
｛７） 个集 合 之 间 距 离 ． 两 １ ，
点， 同时运 用 地磁 北 向强 度 ＿等 值 线 图来 修 正 利 ３ ］ 用重 力等 值线 图 匹配 时的误 差 。具 体算 法 如下 。
第３ ９卷
第１ 期
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣＥＡＮ ＨＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ． ９ Ｎｏ １ １３ ．
Ｆｅ ． Ｏ ０ ｂ ２ １
２１ ０ ０年 ２月
重 力场 和地 磁 场 综 合 匹配 在 导航 中 的运用
杨 昆， 康戈 文 ， 李 洪
（ 电子 科 技 大 学 自动 化 工程 学院 ， 都 ６０ ５ ） 成 １ ０ ４
１ ）测量 数 据点 处 的地 磁北 向强 度值 ， 估计 与
收 稿 日期 ：０ ９０ —８ ２０ —３１
修 回 日期 ：０ ９０ —４ ２０ —８１ 作者简介 ： 杨 昆 （ ９３） 男 ， 士 生 。 １８一 ， 硕
该数据点对应的重力等值线上的最近点在地磁北
向强 度等 值 线 图 中可 能 的位 置 。例 如 ， 强度 值 是 ５６ ０ Ｔ， ． ×１ 则与 该点 对应 的重 力等 值线 上 的最 近点应 该在 强度 值 为 ６０ ０ Ｔ 的地 磁北 向强 ． ×１