針對(duì)目前水下地形輔助導(dǎo)航用數(shù)字地圖分辨率選取不明而制約導(dǎo)航性能發(fā)揮的問(wèn)題,根據(jù)某海域真實(shí)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(diǎn)濾波理論,對(duì)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(dǎo)航用適宜的地圖分辨率;然后,基于地形輪廓匹配（TERCOM）算法對(duì)不同地形下數(shù)字地圖分辨率與匹配誤差的定量關(guān)系進(jìn)行了多項(xiàng)式回歸分析,進(jìn)一步確定了適宜的地圖分辨率。結(jié)果表明,解析分析結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果大致相當(dāng),相互佐證了研究結(jié)果的合理性;不同地形匹配區(qū)對(duì)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(duì)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(guān)系近似服從多次曲線(xiàn)變化規(guī)律。研究成果可為水下地形輔助導(dǎo)航中數(shù)字地圖制作、分辨率選取及水下測(cè)量工作提供相關(guān)參考。 

【文章來(lái)源】：水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2020,28(04)北大核心

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

2020年8月水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào)第28卷412JournalofUnmannedUnderseaSystemswww.yljszz.cn規(guī)則網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型。水下地形分布不均勻、非線(xiàn)性強(qiáng),利用隨機(jī)過(guò)程模擬生成地形不能真實(shí)地反映地形實(shí)際特征及分布情況,因此文中選取真實(shí)海域數(shù)據(jù)構(gòu)建水下數(shù)字地圖。選取我國(guó)臺(tái)灣海峽附近東經(jīng)117.5083°~117.7081°,北緯21.2380°~23.1046°海域真實(shí)水深數(shù)據(jù)、南海部分海域水深數(shù)據(jù)進(jìn)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(jié)構(gòu),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(shù)條件、水下環(huán)境等多方面因素的制約,水深測(cè)量數(shù)據(jù)不足且測(cè)深點(diǎn)離散、分布不規(guī)則,制備的水下數(shù)字地圖分辨率較低,無(wú)法滿(mǎn)足水下輔助導(dǎo)航的需求。為了研究地圖分辨率對(duì)導(dǎo)航性能的影響,需對(duì)原始水深數(shù)據(jù)進(jìn)行插值預(yù)處理[19]。待插值點(diǎn)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(gè)關(guān)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(xiàn)性插值法等。其中,雙線(xiàn)性插值法計(jì)算量較小,精度基本滿(mǎn)足要求,因此,文中采用雙線(xiàn)性插值法進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,得到相關(guān)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(xiàn)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(shí)刻所在位置;uk表示從k時(shí)刻到k+1時(shí)刻的位置變化量,由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)算得出;kv是獨(dú)立的白噪聲序列。其次給出

2020年8月水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào)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(biāo)準(zhǔn)差粗糙度相關(guān)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(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)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(duì)指標(biāo)矩陣X進(jìn)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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