基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估

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1、2015年2月第4l卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2015V01．4lNo．2http：／／bhxb．buaa．edu．onjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0117基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估王仕成+，吕志峰，张金生，卢兆兴(第二炮兵工程大学精确制导与仿真实验室，西安710025)摘要：影响地磁导航匹配

2、算法性能的因素很多，而现阶段算法的评估完全依靠计算机仿真，其可信性有待进一步验证．以等值线(ICCP)算法为研究对象，首先从理论上分析影响算法性能的因素；然后搭建了地磁匹配导航半实物仿真系统，通过引入磁场仿真环境和磁传感器，提高了仿真的可信度；最后从测量噪声、匹配长度、匹配区域和惯导误差4个方面对ICCP匹配算法的性能进行半实物仿真试验分析．仿真结果表明，通过半实物仿真试验可以对算法的抗干扰性、算法匹配长度的确定、匹配区域的选择以及惯导误差的影响做出有效评估，从而推动地磁匹配导航及匹配算法的工程化进程．

3、关键词：地磁导航；等值线(ICCP)算法；地磁场仿真环境；半实物仿真；算法评估中图分类号：V249．32文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)02-0187-06地磁导航是一种利用地球物理场特征进行定位导航的新型导航方式，它具有无源、全天候、能耗低等优良特性，与惯导系统进行组合可以抑制惯导误差的发散，成为了当前导航研究领域的热点¨“．国内在地磁导航技术上的研究以导航匹配算法居多，但都是基于计算机仿真，其可信性有待进一步验证"1，而利用船只和飞机等载体进行地磁匹配试验，试航费用昂贵，因此需

4、要为地磁导航匹配算法的研究提供一种低成本、适用性强、高效的评估验证平台．半实物仿真技术是系统仿真技术的一个重要分支，它可以通过构建目标／环境模拟器逼真地生成真实条件下的目标／环境场景进行仿真试验，而且还可以将系统中某些非线性较高的关键部件实物引入仿真回路，从而可以提高仿真的可信度"1．据美国大西洋导弹测试基地的统计，“美国军方90％的武器系统的鉴定、评估数据来自于半实物仿真的结果”，我国的航天、航空部门也规定“未经过半实物仿真的产品不能参与发射或飞行测试”¨。．未来能否将地磁匹配导航技术成功应用于工程实

5、际，半实物仿真试验评估是其中的一个关键性的制约因素．本文利用现有条件搭建了地磁匹配导航半实物仿真系统，通过引入磁场仿真环境和磁传感器，从测量噪声、匹配长度、匹配区域和惯导误差这4个影响算法性能的因素出发，对等值线(ICCP)匹配算法进行评估，使仿真条件更加接近真实情况，结论更加可信．1地磁导航匹配算法1．1ICCP算法原理地磁导航最终的目的是要实现导航定位，因此地磁导航匹配算法是地磁匹配导航的核心技术，算法的优劣对导航定位的精度及其可靠性具有举足轻重的作用．目前研究较多的是ICCP算法一。⋯．收稿13期

6、：2014-03-11；录用13期：2014-06．12；网络出版时间：2014-06．1912：59网络出版地址：WWW．enki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0117．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(61004128)t通讯作者：王仕成(1962一)，男，山东单县人，教授，wscheng@vip．163．corn，主要研究方向为导航、制导与控制．引用格式：王仕成，吕志蜂，张金生，等．基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估fJJ．

7、北京航空航天大学学报，2015，4J(2)：187-192．WangSC，L廿ZF，ZhangJS，eta1．EvaluationofICCPalgorithmforgeomagneticnavigationbasedonhard-ware·in—the—loopsimulation[JJ．JoumalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(2)：187．192(inChi-nese)．188北京航空航天大学学报2015年ICCP算

8、法基于几何学原理，它的实质是匹配多边弧．它的匹配过程基于寻找最近等值线点，用最小方差估计的方法，通过计算测量点与真实位置点之间的刚性变换(包括旋转和平移)，经过多次迭代，使得两弧之间的量测距离不断减小，从而得到最优估计航迹，其原理图如图l所示．c。、C2／c3＼1c4＼c5j二]<二=春葬簇要惯导指示航迹图1等值线(ICCP)算法原理不意图Fig．1Principleofiteratedclosestcontourpoint(ICCP)al