【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及定位导航，尤其涉及一种基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法。
技术介绍
1、在地磁导航中，尤其是航空地磁导航定位
，当飞行器载体在空中飞行时，由于远离地面的各种干扰，可以感知测量到的只有地球产生的稳定地磁场，而地球基本磁场变化十分缓慢，年变率在千分之一以下，因此整体的地磁导航效果比较理想。但是当地磁导航技术应用到地面环境中时，由于磁传感器实时感知到的是环境磁场信息。
2、传统地磁轮廓线匹配（magnetic contour matching， magcom）算法是基于tercom算法思想在地磁匹配领域中的应用，以纯平移模型为基础，载体在运行时通过传感器获取地磁场的特征值序列，随后，根据惯导输出位置信息搜索当地标准的地磁场数据库得到新的序列，并进行相关匹配计算，两组序列确定最佳序列便是最佳匹配位置。magcom 算法中的相关度量准则主要包括积相关(production correlation algorithm, prod)、平均绝对差(mean absolute difference, mad)、均方差(mean square difference, msd)、归一化积相关(norman production correlation algorithm, nprod)等，通过计算两者的相似程度或差异程度，实现相关性度量。虽然magcom算法设计简单，可以快速完成匹配度搜索，但是整体精度较差，无法对航向误差进行修正，仅局限于平移搜索。为增加航向搜索能力，实现全局搜索，iccp算法被提出来，而i
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法。
2、本专利技术提供一种基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，包括：建立基准磁图谱数据库，基准磁图谱数据库中的磁图谱建立了地理坐标信息和环境磁场信息之间的一一对应关系；
3、通过遍历所述基准磁图谱数据库，基于欧式准则确定与当前各个磁传感器测量到的环境磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置；
4、使用最佳匹配点的方位角信息对惯导姿态矩阵进行初始化，进行纯惯导姿态更新解算；
5、实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围磁场环境信息；基于纯惯导姿态更新得到的方位角信息，将当前时刻周围磁场环境信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据进行相关匹配分析得到相关系数；
6、相关系数显示非高度相关时，重新进行位置和惯导姿态矩阵进行初始化；否则，更新最佳匹配点，并同步更新输出定位信息结果。
7、更进一步的，所述通过遍历所述基准磁图谱数据库，基于欧式准则确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置的过程为：
8、选择磁场所处东北天坐标系的东向分量、北向分量和垂直分量作为环境磁场信息匹配的特征量；
9、采集各个磁传感器输出数据；
10、根据多磁传感器硬件平台的横滚角和俯仰角，将各个磁传感器输出数据投影到水平地面坐标系的r、f和d三轴的分量记作：
11、，表示多磁传感器硬件平台中第行列的磁传感器分别在水平地面坐标系的r、f和d三轴的分量；其中，f轴为前进方向的水平面投影轴，r为与前进方向的水平投影轴正交的右向轴，且r、f轴形成水平面，d为垂直于水平面的重力方向；
12、匹配基准磁图谱数据库中磁谱图中与多磁传感器硬件平台全部磁传感器感知的欧式距离最小的最佳匹配点作为初始位置，表示为：；
13、其中，表示求欧式距离的范数符号；和分别表示多磁传感器硬件平台中磁传感器的总行数和总列数，和表示多磁传感器硬件平台中列方向相邻磁传感器之间的距离和行方向相邻磁传感器之间的距离，表示磁传感器硬件平台的方位角信息；表示搜索到的与多磁传感器硬件平台全部磁传感器感知的欧式距离最小的最佳匹配点的坐标位置信息和方位角信息。
14、更进一步的，根据多磁传感器硬件平台的横滚角和俯仰角，将每个磁传感器的输出数据投影到水平地面坐标系的r、f和d三轴的公式为：
15、，
16、；
17、其中，分别为多磁传感器硬件平台的横滚角和俯仰角。
18、更进一步的，用最佳匹配点的方位角信息对惯导姿态矩阵进行初始化：
19、；
20、其中表示初始化时刻导航坐标系到载体坐标系的姿态矩阵，为校正矩阵，表示导航坐标系，表示载体坐标系；表示载体坐标系的水平姿态矩阵，表示水平地面坐标系，其中，则载体坐标系的水平姿态矩阵可表示为：
21、，
22、；
23、分别为多磁传感器硬件平台的横滚角和俯仰角；
24、假设为小角度，则：
25、，
26、由方位角确定的校正矩阵可表示为：
27、。
28、更进一步的，对惯导姿态矩阵初始化后，进行纯惯导姿态更新解算的过程包括：
29、；
30、其中，和分别表示和时刻的捷联姿态矩阵；
31、采用二子样圆锥误差补偿算法，有：
32、；
33、其中，，
34、和为惯导单元的陀螺仪在时刻段内进行的两次等间隔采样的角增量：
35、，
36、；
37、其中，表示由陀螺仪测量到的载体坐标系相对于惯性坐标系的角速度信息；
38、表示关于等效旋转矢量的运算关系，表示载体坐标系相对于惯性坐标系的等效旋转矢量；表示载体坐标系相对于惯性坐标系的等效旋转矢量对应的初等旋转矩阵；
39、基于惯导的数据更新频率比较高，认为周期t内由速度和位置引起的变化很小，视为常数，因此有：
40、；
41、其中，表示导航坐标系与惯性坐标系之间的角速度。
42、更进一步的，所述实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围磁场环境信息，将当前时刻周围磁场环境信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据进行相关匹配分析的过程包括：
43、采用互相关算法将当前时刻周围磁场环境信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据进行相关匹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，包括：建立基准磁图谱数据库，基准磁图谱数据库中的磁图谱建立了地理坐标信息和环境磁场信息之间的一一对应关系；
2.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，所述通过遍历所述基准磁图谱数据库，基于欧式准则确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置的过程为：
3.根据权利要求2所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，根据多磁传感器硬件平台的横滚角和俯仰角，将每个磁传感器的输出数据投影到磁图谱的水平地面坐标的R、F和D三轴的公式为：
4.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，用最佳匹配点的方位角信息对惯导姿态矩阵进行初始化：
5.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，对惯导姿态矩阵初始化后，进行纯惯导姿态更新解算的过程包括：
6.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，预先设定分别高度相关和非高度相关的高度相关阈值，相关系数大于高度相关阈值确定当前时刻周围磁场环境信息与最佳匹配点附近的磁图谱数据高度相关。
8.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，更新最佳匹配点，并同步更新输出定位信息结果的过程包括：
9.一种基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配装置，其特征在于，包括：至少一处理单元，通过总线单元将所述处理单元、存储单元、惯导单元和多磁传感器硬件平台互联，所述多磁传感器硬件平台磁场信息，所述惯导单元进行方位角解算；所述存储单元存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理单元执行时，实现如权利要求1-8任一所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-8任一项所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，包括：建立基准磁图谱数据库，基准磁图谱数据库中的磁图谱建立了地理坐标信息和环境磁场信息之间的一一对应关系；
2.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，所述通过遍历所述基准磁图谱数据库，基于欧式准则确定与当前各个磁传感器测量到的磁场信息匹配度最高的最佳匹配点作为初始化位置的过程为：
3.根据权利要求2所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，根据多磁传感器硬件平台的横滚角和俯仰角，将每个磁传感器的输出数据投影到磁图谱的水平地面坐标的r、f和d三轴的公式为：
4.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，用最佳匹配点的方位角信息对惯导姿态矩阵进行初始化：
5.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，对惯导姿态矩阵初始化后，进行纯惯导姿态更新解算的过程包括：
6.根据权利要求1所述的基于惯导辅助的多磁传感器联合磁场匹配的方法，其特征在于，所述实时采集各个磁传感器输出数据，获取当前时刻周围...
【专利技术属性】
技术研发人员：李健，陈雪梅，张宝庭，杨东清，刘晓慧，
申请(专利权)人：北京理工大学前沿技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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