一种基于三角形的重力图快速匹配方法

摘要

重力辅助惯性导航系统中一种基于三角形的重力图快速匹配方法，主要有粗匹配和精匹配两个过程。根据惯导系统短时精度高的特点，首先利用载体三个连续位置点间的相对距离信息建立标准三角形，然后结合载体上重力仪实时测量的重力值，通过粗匹配和精匹配两个过程，在已知重力图中建立匹配三角形；最后将匹配三角形与标准三角形进行匹配解算获得惯导系统长时间累积的位置误差和航向角误差。本发明是一种快速的重力图匹配方法，具有实时性好、精度高、鲁棒性好的特点，可应用于重力辅助惯性导航等无源导航系统。

主权项

一种基于三角形的重力图快速匹配方法，其特征步骤如下：第一步，根据导航信息得出标准三角形；从惯导系统的导航解算结果中提取经度、纬度作为位置点的信息，进而连续获取载体的三个位置点信息，以其两两间的航行距离作为标准三角形的三条边；第二步，结合实时重力量测值，在重力图中进行大范围搜索，获取粗匹配点集；在已知重力图中建立块阵列进行大范围搜索，块阵列和其中的每个块都是正方形，块阵列按每边上块的个数定义其级数，块阵列的最大级数根据惯导系统的估计位置误差确定；以第一步中的三个位置点分别为中心在重力图中建立三个块阵列，然后结合第一步三个位置点对应的实时重力值，分别在三个块阵列中以块为最小单元搜索等值点，其搜索过程按照块阵列级数从小到大的顺序进行逐级搜索，由这些搜索的等值点构成粗匹配的三组点集；第三步，通过标准三角形的约束，建立匹配三角形集，并对其进行筛选，其具体步骤为：⑴以第一步标准三角形的三边距离为约束条件，将第二步粗匹配的三组点集按照排列组合的原则建立一组匹配三角形集，其约束条件中三边距离的误差限由第二步块阵列的单个块大小来确定；⑵计算第三步⑴中各个匹配三角形和标准三角形对应三边的误差之和，并将所有匹配三角形按误差之和从小到大排序；⑶筛选误差之和最小的匹配三角形用于后续的精匹配过程；第四步，基于粗匹配筛选结果，在重力图中进行小范围搜索，获取精匹配点集；以第三步⑶中筛选的匹配三角形的三个点分别为搜索中心，在重力图中建立单个块进行小范围搜索，其块的大小与第二步的块大小相等，然后仍结合第一步三个位置点对应的实时重力值，分别在三个块中搜索等值点，由这些等值点直接构成精匹配的三组点集；第五步，通过标准三角形的约束，建立新的匹配三角形集，并进行筛选，其具体步骤为：⑴以第一步标准三角形的三边距离为约束条件，利用第四步精匹配的三组点集建立一组新的匹配三角形集，其约束条件中三边距离的误差限由重力测量误差和重力图网格精度来确定；⑵计算第五步⑴中各个新的匹配三角形和标准三角形对应三边的误差之和，并将所有新的匹配三角形按误差之和从小到大排序；⑶筛选误差之和最小的匹配三角形用于后续的匹配解算；第六步，利用第五步(3)中精匹配筛选的匹配三角形进行匹配解算；根据两个点集序列间误差平方和最小的原理建立匹配解算的价值函数，将第一步中标准三角形对应的点序列与第五步精匹配过程筛选的匹配三角形点序列进行匹配解算，可求得两个三角形间的平移向量和旋转矩阵，该平移向量和旋转矩阵中包含惯导系统长时间累积的位置误差和航向角误差信息。