基于图像分层搜索的地形轮廓匹配算法设计

应用图像分层搜索序贯判决算法,进行海底地形轮廓匹配（TERCOM）算法设计。建立了上下两层同时匹配的比较控制逻辑,既提高了匹配速度,又减少了误匹配,增强了地形二维匹配的健壮性。应用实际海图原始数据进行仿真。结果表明,该算法在保持匹配速度的同时具有较高的匹配精度和抗差特性。     

基于组合算法的水下地形匹配技术

利用地形信息辅助惯性系统导航,能有效地约束误差的累积,匹配算法作为地形辅助导航的核心,不同的算法在匹配精度和时间上各有特点。为了改善单一算法的缺陷,以水下地形辅助导航应用为背景,根据这些算法的特性,提出了一种将TERCOM算法和SITAN算法进行组合的方案,综合了两种算法的特性,引入可靠性比值,并在地形条件差异较大的两个代表区域进行匹配,仿真结果验证了算法的有效性。     

海图水深注记自动综合研究

本文通过对Delaunay三角网的利用和对TIN(Triangulated Irregular Network不规则地形三角网)的化简方法实现了对海图中特征水深注记的选取;并在此基础上建立了具有水深注记分区选取、人机交互选取水深注记、菱型网设置、三角网检测等多项功能的海图水深注记自动综合子系统。     

海底地形匹配高效质点滤波导航方法

海底地形匹配导航技术可实现自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)长时间的水下精确导航。质点滤波器(Point-Mass Filter,PMF)是实现 AUV 精确海底地形匹配导航的重要方法,但质点权重计算过程中需要寻找空间分布不规则的实测地形数据点与网格化先验地形图数据点间空间对应关系,造成大量计算消耗,严重影响了地形匹配导航算法实时性能。提出一种海底地形匹配高效质点滤波导航方法,通过构建伪输入高斯过程(Sparse Pseudo-input Gaussian Processes,SPGPs)模型,实现实测海底地形数据高效、精确网格化插值过程,并根据 SPGPs 方法提供的插值置信度实现网格化概率地图构建;搭建质点滤波器算法框架,提出适用于概率地图的质点权重计算过程,通过考虑网格化地图不同节点插值置信程度差别,提高地形匹配导航精度。于青岛中沙礁展开海上数据获取试验,并利用海试数据完成算法回放式仿真验证。试验结果证明,所提出网格化插值方法可实现高精度、高效地形深度插值过程,所提出海底地形匹配高效质点滤波导航方法可为 AUV 在线提供精确导航结果,且实时导航圆概率误差小于 3 m。     

基于单水声信标距离量测的匹配定位方法

水声通信和测距能力是实现水下航行器准确定位的重要技术手段。当前基于水声定位的方法主要有利用测距和测向功能的水声定位技术以及水声测距辅助导航技术,二者的系统物理复杂度都比较高。本文提出了一种基于单水声信标距离量测的匹配定位方法,航行器在水声信标测距覆盖范围内,利用航行过程中多次测距信息构建测距圆序列形成位置约束,基于航位推算导航信息,将航行器在连续测距时间段内的相对航迹在圆序列上进行最优匹配,从而获得位置估计,通过对测距误差进行补偿可进一步提升定位精度。本方法所需物理系统结构复杂度低、可操作性强,仿真实验表明,该方法可以独立实现较高精度的定位。     

多光谱遥感水深反演及其水下碍航物探测技术

针对采用传统海洋测量手段难以获取危险及争议海区的水深和水下碍航物信息,提出了基于卫星遥感进行水深反演和水下碍航物探测的新思路。探讨了多光谱遥感水深反演的数据预处理方法、遥感水深反演模型的构建及水下碍航物遥感探测方法,并开展了相应的实验验证。实验表明,采用卫星遥感手段可以快速地获取测量船只不易到达海区的水深和水下碍航物信息,研究成果对海洋测绘技术的发展具有一定的指导意义和应用价值。     

影响重力场匹配导航效果的要素分析

从重力场匹配导航的改进 TERCOM 算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统的分析,并在此基础上设计了客观有效的准实时仿真试验,结果表明:(1)采样长度对匹配结果有重要的影响,匹配长度过短或过长都不利于匹配到最佳格网位置,当采样长度与重力基准图的分辨率比值在 10 ~ 20 之间时,能够获得较好的匹配效果;(2)在采样长度一定的情况下,适当增加采样间隔可以在一定程度上提高匹配的整体精度;但采样间隔增加到一定程度后,继续增加采样间隔将引起匹配效果急剧恶化;(3)重力测量白噪声误差对匹配结果影响相对较大,但 5mGal 以内的重力测量白噪声对都能够进行有效匹配;而在重力测量误差受高斯白噪声和系统性误差同时作用的情况下,过大的系统性误差将不能得到有效匹配。     

顾及声线高度角的水下定位随机模型优化

先验随机模型本身的误差会给参数估计带来随机性影响,水下定位等权随机模型简单却不符合实际。基于这一事实,在水下声纳定位模型和随机模型基础上,讨论了随机模型不完善对参数估计的影响。考虑了影响定位主要误差源与高度角之间的关系,结合统计经验提出了基于声线高度角相关的水下定位随机模型。试验表明,优化后的高度角相关随机模型在定位精度上较等权随机模型有所提高。因此,在水下定位中,应减少低高度角观测值的权重,利用提出的随机模型可以减小高度角观测误差对定位精度的影响。     

基于倒置声学基阵的INSUSBL组合导航算法研究

文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结合INS误差方程,建立INS/USBL松组合模型。为进一步提高系统精度、动态性能和抗干扰性,考察USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,提出基于USBL原始输出信息的INS/USBL紧耦合组合导航方法。通过MATLAB仿真对导航算法进行验证,结果表明两种算法能充分抑制纯惯导误差随时间积累问题,且有效地估计出姿态、速度和位置误差角;其中紧耦合方法状态估计误差最小,导航参数精度相对松组合提高30%以上,对于提高水下载体导航定位精度、海洋探测具有重大意义。     

基于WorldView-2遥感影像的龙湾港浅海水深反演

根据遥感水深反演原理,利用海南岛龙湾港的WorldView-2多光谱卫星数据和海图水深资料,通过对水深进行0~2,2~5,5~10,10~15和15~20 m的分区处理、潮汐改正和海图水深数据与相应图像波段反射率值的相关性分析及回归分析,建立了浅海水深线性回归反演模型,开展了浅海水深的实际计算与精度分析。结果表明:对不同水深范围分别建立线性回归模型反演的水深精度要高于未分区建立的模型;分区模型中,多波段模型在0~5 m的反演精度最高,而双波段比值模型在5~20 m的反演精度最高,但是反演水深在最浅处的精度还有待提高。本文方法提取的水深与海图水深数据变化趋势基本相似,可以满足海洋科学研究对大范围浅水水下地形探测的要求。