基于熵差的海底地形匹配导航算法

晏泽翌; 沈体雁; 于家成

doi:10.12265/j.gnss.2023137

基于熵差的海底地形匹配导航算法

doi: 10.12265/j.gnss.2023137

晏泽翌^{1, 3,},
沈体雁^{1, 3,},
于家成^2, ,

1.
中国地质大学(武汉)公共管理学院, 武汉 430074
2.
华北科技学院电子信息工程学院, 廊坊 065201
3.
北京大学政府管理学院，北京 100871

基金项目: 河北省高等学校科学技术研究项目(2C2016011)；高等学校博士学科点专项科研基金(20110001110073)

详细信息

作者简介:
晏泽翌：男，博士生，中国地质大学(武汉)公共管理学院，研究方向为国土空间规划, 土地资源管理等

沈体雁：男，中国地质大学(武汉)公共管理学院教授，研究方向为地理信息系统，空间规划，区域经济等

于家成：男，博士，华北科技学院电子信息工程学院，研究方向为海洋测绘、信号与信息处理

通讯作者:
于家成 E-mail: sdyjc@163.com

中图分类号: P228.41；TP301.6
计量
- 文章访问数: 127
- HTML全文浏览量: 54
- PDF下载量: 9
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2023-07-11
- 录用日期: 2023-07-11
- 网络出版日期: 2023-12-22

Seafloor terrain matching navigtion algorithm based on terrain variance entropy

YAN Zeyi^{1, 3
,},
SHEN Tiyan^{1, 3
,},
YU Jiacheng^{2
, ,}

1.
China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
2.
North China Institute of Science and Technology, Langfang 065201, China
3.
School of Government Peking University, beijing 100871, China

摘要

摘要: 利用信息熵原理进行海底地形匹配导航，建立地形差异熵，设计了包括搜索和定位两个阶段的地形熵差匹配算法，通过搜索与定位的转换逻辑，省却传统算法的跟踪阶段，提高匹配速度，利用粗匹配和精匹配两个阶段的匹配，以及设计误差匹配处理策略，以校正惯性导航系统(inertial navigation system，INS)随时间积累的位置误差，提高匹配效率及匹配定位精度，并使用实际海底数据进行仿真. 结果表明，经度和纬度的位置匹配都具有较快的收敛速度，能够有效校正INS的位置误差，有精度高，稳定性好的优点，具有一定实用价值.
- 惯性导航系统(INS) /
- 差异熵 /
- 地形匹配 /
- 组合导航 /
- 算法
Abstract: The principle of information entropy is applied to seafloor terrain matching navigation, and the terrain variance entropy is established. The matching algorithm including the search phase and the positioning phase is designed. The position error accumulated over time by inertial navigation system (INS) is corrected through coarse matching and fine matching. Further, the actual seafloor data is used for simulation. Results show that the position matching of longitude and latitude has a fast convergence speed, it can effectively correct the position error of inertial navigation system. This method has the advantages of high accuracy and good stability, and has certain practical value.
- inertial navigation system (INS) /
- terrain variance entropy /
- terrain matching /
- integration navigation /
- algorithm

HTML全文

图 1 地形熵辅助组合导航系统原理图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 搜索遍历示意图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 匹配区域基准地形海图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 载体沿途航线水深

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 海底地形经度匹配误

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 海底地形纬度匹配误差

下载: 全尺寸图片幻灯片

参考文献(12)

[1]	程辉, 田金文, 柳健. 声纳技术在海底地形辅助导航中的应用[J]. 军民两用技术与产品, 2003(11): 28-48.
[2]	袁书明, 严明, 田炜. 地形信息熵/INS组合导航技术研究[J]. 中国惯性技术学报, 2004, 12(1): 23-27.
[3]	董开坤, 胡铭曾. 一个新颖的基于熵特征的并行图像匹配算法[J]. 黑龙江工程学院学报, 2001, 15(1): 40-43.
[4]	田金文, 苏康, 柳健. 基于局部熵差的图像匹配方法—算法及计算机仿真[J]. 宇航学报, 1999, 20(1): 28-32.
[5]	AZEDDINE B. AMMAR K. A noise-filtering method using a local information measure[J]. IEEE transaction on image processing, 1997, 6(6): 879-882. DOI: 10.1109/83.585237
[6]	王华, 晏磊, 钱旭, 等. 基于地形熵和地形差异熵的综合地形匹配算法[J]. 计算机技术与发展, 2007, 17(9): 25-27.
[7]	BAR-GILL A, BEN-EZRA P. Improvement of terrain-aided navigation via trajectory optimization[J]. IEEE transactions on control systems technology, 1994, 2(4): 336-342. DOI: 10.1109/CDC.1993.325434
[8]	ENNS R, MORRELL D. Terrain-aided navigation using the viterbi algorithm[J]. Journal of guidance, 1995, 18(6): 1444-1449. DOI: 10.2514/3.21566
[9]	PEI Y B, CHEN Z, HUNG J C. BITAN-II: an improved terrain aided navigation algorithm[C]//IEEE IECON 22nd International Conference on vol. 3, 1996: 1675-1680. DOI: 10.1109/IECON.1996.570665
[10]	YAN L, YAN M, ZHANG F Z. Seabed terrain simulation and its matched filter design[C]//Ocean Remote Sensing and Applications, 2003. 377-381. DOI: 10.1117/12.466746
[11]	李晔. 智能水下机器人海底地形匹配导航技术[M]. 北京: 科学出版社, 2018: 180.
[12]	王汝鹏. 水下地形匹配导航系统初始定位理论与方法[M]. 沈阳: 东北大学出版社, 2021: 60.