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SAR图像适配区选择方法

国防科技大学学报 2012年第1期34卷 115-122页

作者：任三孩常文革国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

为选择具有高匹配概率和高匹配精度特点的SAR适配区,结合SAR成像特点,分析了惯导及成像参数误差对适配区的影响,设计了多种适配性评价参数,提出了一种由粗到细的适配区层次性选择方法。该方法充分考虑了适配区在总体和细节上的需求,层... 详细信息

为选择具有高匹配概率和高匹配精度特点的SAR适配区,结合SAR成像特点,分析了惯导及成像参数误差对适配区的影响,设计了多种适配性评价参数,提出了一种由粗到细的适配区层次性选择方法。该方法充分考虑了适配区在总体和细节上的需求,层次性选择有效避开了构造预测函数的难题。试验结果表明该方法可在SAR图像匹配系统中选出高性能的适配区,且所选适配区匹配概率可达97%以上。

关键词：适配区选择合成孔径雷达(SAR) 基准图导航

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基于改进地磁熵的地磁适配区选择准则

大地测量与地球动力学 2014年第5期34卷 151-155页

作者：李婷张金生王仕成吕志峰卢兆兴第二炮兵工程大学精确制导与仿真实验室西安710025

针对地磁导航中匹配概率低的问题,基于统计特征和信息熵的特征参数进行分析,并结合地磁粗糙度和地磁累加梯度参数的特点,对传统的地磁信息熵参数提出改进。采用粒子群算法实现适配区的选择,仿真结果表明,基于改进的地磁熵参数的适配区... 详细信息

针对地磁导航中匹配概率低的问题,基于统计特征和信息熵的特征参数进行分析,并结合地磁粗糙度和地磁累加梯度参数的特点,对传统的地磁信息熵参数提出改进。采用粒子群算法实现适配区的选择,仿真结果表明,基于改进的地磁熵参数的适配区选择大大缩短了运行时间,且能够筛选出更多适合匹配的区域,验证了改进地磁熵参数的有效性。

关键词：地磁导航特征参数改进地磁熵粒子群算法适配区选择

基于海底底质及地形特征的地形辅助导航适配区选择方法

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舰船科学技术 2024年第7期46卷 148-153页

作者：常乐程建华葛靖宇周欣进哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

随着多波束测深技术的不断发展,地形辅助导航广泛应用于海上舰船。本文针对传统特征参数没有包含深度以及海底底质因素而导致水下地形导航适配区判定不准确的问题,提出基于海底底质及区域地形特征的地形辅助导航适配区选择方法。本方法... 详细信息

随着多波束测深技术的不断发展,地形辅助导航广泛应用于海上舰船。本文针对传统特征参数没有包含深度以及海底底质因素而导致水下地形导航适配区判定不准确的问题,提出基于海底底质及区域地形特征的地形辅助导航适配区选择方法。本方法基于多波束探测数据,对区域地形数据进行统计分析,通过层次分析法对地形特征参数以及海底底质等适配性评价指标进行综合分析,得出权重向量并构建适配区选择准则函数,对匹配区域进行适配性判断。利用ICCP算法进行地形匹配蒙特卡洛仿真实验,实验结果表明,适配性选择函数克服了传统特征参数对匹配区域分析不全面的问题,可有效选择适配区,适配区内匹配误差小于5 m。

关键词：水下地形导航适配区选择 ICCP算法特征参数海底底质

PCA和GA-BP结合的地磁导航适配区选择方法

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电光与控制 2018年第6期25卷 110-114页

作者：王晨阳南京理工大学自动化学院南京210094

由于地磁图适配区的选择是影响地磁导航定位精度的重要因素,因此提出一种基于主成分分析法(PCA)和GA-BP神经网络相结合的地磁背景场适配/非适配区自动识别和分类的方法。首先利用PCA对地磁特征参数进行分析,选择出独立的、并且包含主成... 详细信息

由于地磁图适配区的选择是影响地磁导航定位精度的重要因素,因此提出一种基于主成分分析法(PCA)和GA-BP神经网络相结合的地磁背景场适配/非适配区自动识别和分类的方法。首先利用PCA对地磁特征参数进行分析,选择出独立的、并且包含主成分的特征参量,其次构建GA-BP神经网络模型,建立地磁特征参数和匹配性能的对应关系,从而实现适配/非适配区的划分。通过多次仿真试验,证明了采用该方法能够选择出较好的适配区域,提高地磁导航定位精度。

关键词：地磁导航特征参数主成分分析 GA-BP神经网络适配区选择

重力辅助惯性导航的航迹规划与图像匹配方法研究

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重力辅助惯性导航的航迹规划与图像匹配方法研究

作者：张驰战略支援部队信息工程大学

学位级别：硕士

惯性导航系统具有误差随时间积累的缺点,为满足水下潜器长期、自主、高精度、隐蔽航行的需求,可以采用重力辅助惯性导航方法对惯性导航误差进行修正。目前重力辅助惯性导航主要采用一维线匹配方法,较之于二维图像匹配,其所利用有效重力... 详细信息

惯性导航系统具有误差随时间积累的缺点,为满足水下潜器长期、自主、高精度、隐蔽航行的需求,可以采用重力辅助惯性导航方法对惯性导航误差进行修正。目前重力辅助惯性导航主要采用一维线匹配方法,较之于二维图像匹配,其所利用有效重力图信息少,在重力变化相对较平缓的区域易出现匹配精度差甚至误匹配等问题。基于此,论文围绕重力二维图像辅助导航的关键技术——适配区选择、航迹规划与图像匹配算法进行深入分析与研究,主要研究工作与创新点如下:1、总结了水下重力辅助惯性导航的国内外研究进展现状,分析归纳了水下重力辅助惯性导航关键技术及待解决的问题。研究了卫星测高、航空重力测量以及船载重力测量等获取海洋重力异常的基本原理与基本方法,梳理了论文的研究方向与重点研究内容。2、研究了基于多特征值分析的重力辅助导航适配区的选择方法,依据重力场统计特征参数深入分析了基于信息熵的适配区选择、基于模糊综合决策的适配区选择和基于主成分分析的适配区选择方法。以网格平均重力异常数值模型为基础数据选取实验区域并进行分区计算重力场统计特征参数,对适配区进行多指标综合选取,并通过最近等值线迭代算法进行实验分析。结果表明利用三种方法选择的适配区域重力匹配效果较优,且模糊综合决策方法和主成分分析方法的结果优于信息熵方法。3、研究了利用蚁群-势场算法进行航迹规划的技术与方法。首先基于重力多特征值分析对水下潜器航行区域进行适配性划分,并给出适配、非适配区标签;然后在蚁群算法进行航迹规划的基础上引入人工势场算法,重新构建启发函数,避免了蚁群算法的局部最优问题;同时利用最大-最小蚁群系统改进算法信息素更新规则,防止了“早熟”现象发生。在论文实验环境中,蚁群-势场算法效率提升40%以上。仿真实验结果表明,论文提出的蚁群-势场算法可以有效解决水下潜器在重力辅助导航中的航迹优化问题,提高了问题解的可行性。4、研究了利用重力二维图像辅助惯性导航的匹配算法。匹配过程由粗匹配和精匹配两部分组成:首先将待匹配区域（2＇×2＇）重力异常数据灰度化,得到重力二维图像测量模板图,考虑到惯性导航误差,以水下潜器为中心,置信半径为10海里构建重力背景场底图（20＇×20＇）;其次通过灰度匹配方法完成粗匹配过程,得到5个近似区域的重力二维图像子图;最后利用特征匹配完成精匹配过程,通过对比模板图与子图特征向量之间的差异,得到最终匹配结果。在论文实验环境中,重力二维图像格网大小设置为20〃×20〃,定位误差在1’。仿真实验结果表明,论文提出的重力二维图像辅助导航算法匹配效果较好,具有较好的实用价值。

关键词：重力辅助惯性导航重力二维图像航迹规划蚁群-势场算法适配区选择重力特征参量模糊综合决策方法信息熵主成分分析

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惯性/重力匹配组合导航算法研究

惯性/重力匹配组合导航算法研究

作者：魏琪鹭东南大学

学位级别：硕士

惯性/重力匹配组合导航作为无源导航方式,具备高隐蔽性、高抗干扰能力等优点,在航海和水下运载体等诸多领域有着广泛应用和重要意义。重力匹配算法是组合导航系统的核心,高精度的重力异常图是重力匹配算法实施的前提条件,重力适配区的... 详细信息

惯性/重力匹配组合导航作为无源导航方式,具备高隐蔽性、高抗干扰能力等优点,在航海和水下运载体等诸多领域有着广泛应用和重要意义。重力匹配算法是组合导航系统的核心,高精度的重力异常图是重力匹配算法实施的前提条件,重力适配区的选择影响着重力匹配算法的结果,论文从重力异常图细化方法、基于相关极值的重力匹配算法、重力适配区选择准则三个方面展开深入研究。论文主要研究内容和成果如下:采用反距离加权插值、Kriging插值、以及径向基函数插值三种主要插值方法,对多种插值核函数的插值结果进行分析比较;采用交叉验证的方法验证插值结果的精度,验证了径向基函数插值方法使用薄板样条基函数和三次曲面基函数在重力异常场插值中的优异表现;选择使用基于三次曲面基函数的径向基函数插值作为最佳插值算法,完成对重力异常图的细化,为之后的重力匹配算法的研究做好铺垫。使用差分方法以减小厄特弗斯效应以及其他系统误差的影响,提出一种两步式相关极值重力匹配算法,利用刚性变换结合粗匹配和精匹配。通过仿真实验,验证两步式匹配算法效果:在惯导轨迹精确搜索方法不适应大规模搜索范围,而快速MSD方法可能有大量误差过大的匹配点的情况下,两步匹配结合两种方法取长补短,使重力匹配的方法适应于惯导初始误差较大的情况,在提高了效率和实时性能的同时,保持了高精度匹配结果。对重力场特征参数进行统计分析和相关分析研究,比较了经验选择准则、层次分析法、熵值法、灰色关联分析法、主成分分析法等多种方法。将层次分析法和熵值法的权值引入灰色关联分析,提出了一种层次分析法和熵值法组合方法,经过相关分析和具体实验,验证了各种多参数评估准则的有效性。本文的研究成果对惯性/重力匹配组合导航具有一定的参考价值。

关键词：重力匹配组合导航相关极值算法适配区选择

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重力匹配辅助水下导航的若干问题研究

重力匹配辅助水下导航的若干问题研究

作者：马越原解放军信息工程大学

学位级别：硕士

在现有技术条件下,潜艇主要依靠惯性导航系统进行导航,然而惯性导航系统的误差随时间而累积,使得单一的惯性导航系统难以长时间提供精确的导航信息。利用重力匹配辅助水下导航,对惯性导航系统误差进行修正,已经成为当前水下导航技术研... 详细信息

在现有技术条件下,潜艇主要依靠惯性导航系统进行导航,然而惯性导航系统的误差随时间而累积,使得单一的惯性导航系统难以长时间提供精确的导航信息。利用重力匹配辅助水下导航,对惯性导航系统误差进行修正,已经成为当前水下导航技术研究的热点。本文从重力匹配辅助水下导航的关键技术入手,在国内外最新研究成果的基础上,利用部分海域的船载重力测量数据和DTU10全球重力异常数值模型,通过仿真计算,对重力匹配辅助导航所涉及的关键技术进行了系统的分析、研究和仿真评估验证。论文开展的主要研究工作和创新点如下:1、介绍了本文的研究背景,概述了重力匹配辅助水下导航的发展和应用现状,归纳总结了重力匹配辅助水下导航关键技术的研究进展及存在的问题,明确本文研究的方向。2、基于卫星测高的基本原理,给出了卫星测高数据反演海域重力异常的数学模型;简述了海域船载重力测量数据的处理流程,深入分析了厄特弗斯改正和交叉耦合改正等主要误差影响因素;简要介绍了DTU10全球海域重力异常数值模型,并利用船载重力测量数据对其进行了精度评估,该模型整体精度要优于±5mGal,在局部海域达到了±3.5mGal的精度。3、研究了重力匹配导航背景场数据格网化技术,深入分析了加权反距离法、Kriging法、径向基函数法和Shepard法等四种格网化数学模型。依据重力异常的复杂特性,以DTU10重力异常数值模型为基础数据选取了平坦海域和复杂海域等两个试验区块,顾及构建重力匹配导航背景场数据的应用场景,设计了格网加密和测线格网化等两种试验方案,结果表明加权反距离法格网化精度最差,Kriging法相对于径向基函数法和Shepard法的格网化效果稍显逊色,而径向基函数法和Shepard法的格网化精度都在±0.1mGal左右,且二者不受背景场重力异常变化复杂程度和应用场景的限制。4、研究分析了海洋重力场特征参数模型,以及海洋重力异常特征参数的提取方法。针对单一重力特征参数选取适配区易出现误选的弊端,提出了基于多参数重力信息熵的适配区选择方法,实验结果表明该方法能融合多种不同的重力异常特征参数,可定性确定研究海域的可适配性;为定量确定所选海域的适配水平,进而提出了基于模糊综合决策适配区选择方法,该方法利用模糊决策理论求解出目标海域总的评价指数,为重力匹配辅助水下导航适配区选择提供技术支持。5、分析比较了重力匹配辅助水下导航最常用的SITAN算法(桑地亚惯性地形辅助导航算法)、TERCOM算法(地形轮廓匹配算法)和ICCP算法(迭代最近等值线算法)等三种匹配方法的原理和特点,从匹配导航的实时性、滤波算法的适应性和对重力背景场的依赖性等方面对比分析了SITAN算法和TERCOM算法之间的差异;通过仿真实验表明背景场变化程度不同的海域ICCP算法的匹配效果也完全不同,并且在重力异常变化程度剧烈的海域,其匹配精度可以达到1海里以内,完全满足于适配区选择的应用要求。

关键词：海洋重力异常重力匹配辅助导航卫星测高格网化方法重力特征参数信息熵模糊决策适配区选择匹配算法

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重力梯度辅助导航匹配区选择准则研究

重力梯度辅助导航匹配区选择准则研究

作者：李开寒武汉科技大学

学位级别：硕士

惯性导航系统（INS）是水下导航的核心，然而惯性导航系统存在随时间累积的无法消除的误差。利用重力梯度辅助导航方法，定期对惯性导航系统误差进行修正的导航系统，是一种能够提高水下潜器导航定位精度的、无源的自主导航系统。重力... 详细信息

惯性导航系统（INS）是水下导航的核心，然而惯性导航系统存在随时间累积的无法消除的误差。利用重力梯度辅助导航方法，定期对惯性导航系统误差进行修正的导航系统，是一种能够提高水下潜器导航定位精度的、无源的自主导航系统。重力梯度仪、重力梯度基准图、适配区选择和匹配定位算法是重力梯度辅助导航系统的几个基本要素。重力梯度基准图的适配区选择是利用重力梯度辅助导航方法提高导航定位系统的定位精度的前提。本文进行了重力梯度多特征提取，研究了重力梯度辅助导航匹配区选择准则。具体内容如下：首先，对重力梯度的基本原理、特征参数以及常用的匹配算法进行了介绍，对重力梯度多特征提取方法进行了研究，并对所有特征进行了提取。其次，分别利用数理统计分析、主成分和层次分析（PCHP）、支撑向量机（SVM）3种多特征信息融合方法，进行了重力梯度适配区选择准则研究。其中，数理统计方法从实际导航定位实验开始，对大量数据进行了分析，选定标准差、能量和绝对粗糙度作为匹配区选择的指标;PCHP法对重力梯度9个特征进行了分析，保留了绝大部分的特征信息;SVM法以数理统计方法所得的结论为基础，对SVM训练集的样本标签进行了确定，通过重力梯度数据的学习进行匹配区划分，三种方法各有特点和应用价值。实验表明，所划分的适配区域的匹配导航效果明显优于非适配区域，定位误差小于一个重力梯度格网，匹配率大于90%。然后，根据提出的评价准则，对提出的三种多特征信息融合的重力梯度适配区选择方法进行了比较分析，从智能性、快速性、准确来看，基于支撑向量机的重力梯度辅助导航匹配区选择准则方法具有明显的优势。最后，对全文做了总结和展望。

关键词：重力梯度多特征信息融合 PCHP 支撑向量机适配区选择

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基于全张量重力梯度的水下导航技术研究

基于全张量重力梯度的水下导航技术研究

作者：李兰玉武汉科技大学

学位级别：硕士

利用重力场信息进行水下辅助导航是一种新型的水下无源导航技术，已逐渐成为目前研究热点之一重力梯度仪重力梯度基准图和匹配算法是重力梯度辅助导航的三要素，而航路规划和适配区选择是重力梯度辅助导航技术中的相关工作，因此本论文... 详细信息

利用重力场信息进行水下辅助导航是一种新型的水下无源导航技术，已逐渐成为目前研究热点之一重力梯度仪重力梯度基准图和匹配算法是重力梯度辅助导航的三要素，而航路规划和适配区选择是重力梯度辅助导航技术中的相关工作，因此本论文对全张量重力梯度辅助导航技术做了如下工作：首先，介绍了重力梯度基准图的制备方法重力梯度基准图是重力梯度辅助导航不可或缺的重要组成部分，国际上已有高精度重力梯度仪，但由于实测重力梯度数据代价太高，且某些区域无法实地测量，目前没有覆盖全球范围的高精度重力梯度基准图，但我国拥有全球高精度的地形数据，因此本论文介绍了基于球谐模型展开和基于地形高程正演的重力梯度基准图制备方法，并讨论了密度因素对其制备结果的影响其次，介绍了重力梯度特征和适配区选择的方法海底地形环境复杂，对重力梯度特征进行提取和分析能从中找到特征明显的区域，有助于提高重力梯度辅助导航系统的定位精度本论文提取了全张量重力梯度的均值方差能量和熵信息特征，并根据某一重力梯度基准图特征信息和匹配效果，提出该基准图适配区选择的准则;而为了提高适配区选择的泛化能力，因此利用支持向量机进行了适配区的选择最后，根据适配区和非适配区两种不同的情况，提出了一种将适配区选择和目标探测同时考虑的水下动态航路规划的方法适配区内特征明显，导航定位精度高，而特征明显的适配区往往地形复杂，可能存在暗礁;而在非适配区，需要进行滤波跟踪策略进行导航定位，也会遇到小的暗礁或其他移动的潜器，因此，水下动态航路规划不仅需要考虑适配区的选择，还需实时进行目标探测，进行有效避障，才能保证潜器的导航和安全论文将适配区的选择和基于重力梯度反演的目标探测方法相结合，从而进行适配区和非适配区的动态避障的航路规划仿真实验表明，该方法正确有效，能达到预期目的

关键词：航路规划重力梯度适配区选择目标探测重力梯度反演