針對目前水下地形輔助導航用數(shù)字地圖分辨率選取不明而制約導航性能發(fā)揮的問題,根據(jù)某海域真實水深數(shù)據(jù)建立了水下地形數(shù)字高程模型;借鑒誤差傳遞思想,基于遞推貝葉斯理論和質(zhì)點濾波理論,對小起伏和大起伏2種典型地形區(qū)分別從解析和仿真角度給出了地形輔助導航用適宜的地圖分辨率;然后,基于地形輪廓匹配（TERCOM）算法對不同地形下數(shù)字地圖分辨率與匹配誤差的定量關系進行了多項式回歸分析,進一步確定了適宜的地圖分辨率。結果表明,解析分析結果與數(shù)值仿真結果大致相當,相互佐證了研究結果的合理性;不同地形匹配區(qū)對適宜分辨率的要求不同,小起伏區(qū)和大起伏區(qū)適宜地圖分辨率參考范圍大致分別在13 m和25 m左右,大起伏區(qū)對地圖分辨率的要求較小起伏區(qū)低;數(shù)字地圖分辨率與匹配誤差關系近似服從多次曲線變化規(guī)律。研究成果可為水下地形輔助導航中數(shù)字地圖制作、分辨率選取及水下測量工作提供相關參考。 

【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學報. 2020,28(04)北大核心

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【部分圖文】：

水下地形輔助導航系統(tǒng)原理圖Fig.1Principleofunderwaterterrainaidednavigationsystem

2020年8月水下無人系統(tǒng)學報第28卷412JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn規(guī)則網(wǎng)格結構模型。水下地形分布不均勻、非線性強,利用隨機過程模擬生成地形不能真實地反映地形實際特征及分布情況,因此文中選取真實海域數(shù)據(jù)構建水下數(shù)字地圖。選取我國臺灣海峽附近東經(jīng)117.5083°~117.7081°,北緯21.2380°~23.1046°海域真實水深數(shù)據(jù)、南海部分海域水深數(shù)據(jù)進行后續(xù)仿真研究,將數(shù)據(jù)按一定的網(wǎng)格尺寸劃分成二維網(wǎng)格結構,建立水下數(shù)字地圖如圖2所示。圖2匹配區(qū)水下地形三維圖Fig.2Three-dimensionalmapofunderwaterterraininmatchingareas限于目前技術條件、水下環(huán)境等多方面因素的制約,水深測量數(shù)據(jù)不足且測深點離散、分布不規(guī)則,制備的水下數(shù)字地圖分辨率較低,無法滿足水下輔助導航的需求。為了研究地圖分辨率對導航性能的影響,需對原始水深數(shù)據(jù)進行插值預處理[19]。待插值點附近數(shù)據(jù)的搜索效率及內(nèi)插函數(shù)模型是影響DEM表征地形優(yōu)劣的2個關鍵因素[20-21]。常用的插值方法主要有雙立方插值法、最近鄰插值法和雙線性插值法等。其中,雙線性插值法計算量較小,精度基本滿足要求,因此,文中采用雙線性插值法進行數(shù)據(jù)預處理,得到相關水域分辨率為8,9,…,15,20,25,…,125m的水下數(shù)字地圖,以備后續(xù)之用。2解析分析2.1非線性系統(tǒng)模型建立首先給出水下航行器系統(tǒng)狀態(tài)方程k1kkkxxuv(1)式中:,,,(,,)kkNkEkDxxxx表示水下航行器k時刻所在位置;uk表示從k時刻到k+1時刻的位置變化量,由慣性導航系統(tǒng)計算得出;kv是獨立的白噪聲序列。其次給出

2020年8月水下無人系統(tǒng)學報第28卷414JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn圖3水下地形二維圖Fig.3Two-dimensionalmapofunderwaterterrain表1各子區(qū)域地形特征參數(shù)值Table1Terrainfeatureparametersofsub-regions匹配區(qū)域標準差粗糙度相關系數(shù)地形熵坡度Ⅰ57.985224.94140.76301.55611.4861Ⅱ57.148024.04300.76981.55531.5070Ⅲ51.738723.00690.76741.55601.4876Ⅳ47.774921.06620.76471.55621.4780Ⅴ53.424523.76320.76961.55571.5099Ⅰ34.447915.04750.76671.55621.44571)構建評價指標矩陣57.985257.148051.738747.774953.424534.447924.941424.043023.006921.066223.763215.04750.76300.76980.76740.76470.76960.76671.55611.55531.55601.55621.55571.55621.48611.50701.48761.47801.50991.4457X圖4各子區(qū)域水下地形三維圖Fig.4Three-dimensionalunderwaterterrainmapofsub-regions2)對指標矩陣X進行歸一化處理10.9644310.7346130.5662080.806235010.9091970.8044750.6083240.8809170100.3529410.7500000.0294120.4558820.11111110.22222200.55555600.6292830.9548290.6526480.50311510R

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本文編號：3312831