【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水下導航與定位，具體涉及一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法、程序、設備及存儲介質。
技術介紹
1、隨著auv續航能力的不斷提升，目前的水下導航技術無法在長航程auv長期水下導航中提供可行的導航手段，而利用單波束聲吶與粒子濾波的地形匹配導航方法能夠在長期水下導航中提供有界的導航誤差，具有實現水下長期導航的潛力。同時相較于多波束聲吶，單波束聲吶能夠有效降低地形匹配導航系統能耗，有限延長auv的水下續航力，但由于單波束聲吶測量信息有限導致其導航結果魯棒性較差，因此通過尋找地形適配區來提高地形匹配導航結果的精度與魯棒性是很有必要的。
2、目前的地形匹配導航適配區劃分方法集中在通過神經網絡或者支持向量機等方法利用多種地形特征參數與地形匹配導航結果來評估地形適配性。但是由于基于粒子濾波地形匹配導航結果是存在馬爾科夫過程，這導致僅利用導航定位結果進行適配區劃分會導致由于長期誤差累計，雖然到達了地形適配區，但此時導航結果仍存在較大的誤差，這導致現有的地形適配區劃分方法無法識別此時的適配區，導致適配區劃分失效。
3、公開日為2020年8月4日、公開號為cn109000656a、專利技術名稱為“基于空間聚類的水下地形匹配導航適配區選擇方法”的專利申請，該專利通過選取地形區域內的六個地形點，通過空間聚類將海底地形分為六個分類區域，進而進行地形適配區選擇。但該方法未將多種地形特征參數考慮到適配區劃分中，導致利用單波束聲吶進行地形匹配導航時得到的適配區劃分結果魯棒性不足。
4、公開日為20
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決單波束聲吶海底地形匹配導航方法存在導航魯棒性較差的問題，提供一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法、程序、設備及存儲介質。本專利技術通過將多種地形特征參數作為孿生支持向量機的輸入，將地形匹配導航結果及導航誤差發散趨勢作為孿生支持向量機的輸出帶入到地形適配區劃分中，能夠有效提高地形適配區劃分的準確度。
2、一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，包括以下步驟：
3、步驟1：根據先驗海圖數據生成等深線圖，將等深線圖劃分為等深線子地圖；根據先驗海圖生成柵格圖，采用與等深線圖相同的子地圖劃分操作，將柵格圖劃分為與等深線子地圖相同的柵格子地圖；
4、步驟2：對于先驗海圖中的每個位置點，將其所在等深線子地圖的特征參數以及所在柵格子地圖的特征參數，共同作為該位置點的地形特征參數；
5、步驟3：auv在先驗海圖對應的真實海域內執行地形匹配導航，在每一路徑點處根據單波束聲吶獲取水深測量值，根據慣性導航系統獲取位置測量值，通過單波束聲吶海底地形匹配導航算法獲取水深估計值；
6、步驟4：計算每一路徑點處水深估計值與真實位置之間的水平歐式距離，并通過蒙特卡羅試驗計算得到每一路徑點處水深數據的平均定位誤差，以及該路徑點與上一路徑點之間的定位誤差變化值，構建訓練數據集；
7、步驟5：采用訓練數據集訓練孿生支持向量機，根據路徑點的真實位置從先驗海圖中獲取的地形特征參數作為孿生支持向量機的輸入，將路徑點的水深數據平均定位誤差和定位誤差變化值作為孿生支持向量機的輸出；
8、步驟6：將先驗海圖中的每個位置點對應的地形特征參數輸入到訓練好的孿生支持向量機中，得到先驗海圖中的每個位置點對應的水深數據平均定位誤差和定位誤差變化值；
9、獲取水深數據平均定位誤差的均值與定位誤差變化值的均值，將兩個均值中較小的值作為適配區劃分標準；將水深數據平均定位誤差小于適配區劃分標準的位置點劃分至適配區集合，其余位置點劃分至非適配區集合；
10、步驟7：對于先驗海圖中所有位置點對應的定位誤差變化值數據集進行聚類劃分，將數據劃分為三個聚類區域，第一區域邊界值為負值，第二區域邊界值為正值；
11、對于適配區集合中的位置點，若其定位誤差變化值大于第二區域邊界值，則將其移動至非適配區集合；
12、對于非適配區集合中的位置點，若其定位誤差變化值小于第一區域邊界值，則將其移動至適配區集合；
13、最終所有適配區集合中的位置點組成先驗海圖中的地形適配區，所有非適配區集合中的位置點組成先驗海圖中的地形非適配區。
14、進一步地，所述步驟2中位置點的地形特征參數具體為：
15、將先驗海圖中位置點所在等深線子地圖的等深線密度δ和等深線平滑度ξ，以及所在柵格子地圖的地形高程標準差σ、地形高程熵h、地形相關系數r、地形坡度s和地形粗糙度θ，作為該位置點的地形特征參數[δ,ξ,σ,h,r,s,θ]；七種地形特征參數分別進行歸一化處理。
16、進一步地，所述等深線子地圖的等深線密度δ的計算方法為：將等深線子地圖中等深線的數量作為等深線密度δ；
17、所述等深線子地圖的等深線平滑度ξ的計算方法為：將等深線子地圖中每條等深線離散得到等深線點；對等深線進行平滑處理，將平滑處理后的等深線離散，得到平滑后的等深線點，計算每個等深線點距離平滑后的等深線點的最小值，并取平均值作為等深線子地圖的等深線平滑度ξ；
18、
19、其中，(xc,yc)表示將等深線離散得到的等深線點，o為等深線點的數量；(xo,yo)表示將平滑處理后的等深線離散得到的平滑后的等深線點；
20、所述柵格子地圖的地形高程標準差σ的計算方法為：
21、
22、其中，h(i,j)表示柵格子地圖中位置點(i,j)處的水深數據；m與n分別表示柵格子地圖的長與寬；
23、所述柵格子地圖的地形高程熵h的計算方法為：
24、
25、所述柵格子地圖的地形相關系數r的計算方法為：
26、
27、r＝(rx+ry)/2
28、所述柵格子地圖的地形坡度s的計算方法為：
29、
30、所述柵格子地圖的地形粗糙度θ的計算方法為：
31、
32、進一步地，所述步驟4中獲取到w個路徑點的水深數據平均定位誤差集合{ew}和定位誤差變化值集合{errorw}后，對于集合{ew}和{errorw}分別進行聚類，剔除離群數據對應的路徑點，剩余路徑點的數據構成訓練數據集。
33、進一步地，所述步驟6具體為：將先驗海圖中的每個位置點對應的地形特征參數輸入到訓練好的孿生支持向量機中，得到水深數據平均定位誤差集合{maperror}和定位誤差變化值集合{mapchange}；...
【技術保護點】
1.一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述步驟2中位置點的地形特征參數具體為：
3.根據權利要求2所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述等深線子地圖的等深線密度δ的計算方法為：將等深線子地圖中等深線的數量作為等深線密度δ；
4.根據權利要求1所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述步驟4中獲取到W個路徑點的水深數據平均定位誤差集合{Ew}和定位誤差變化值集合{Errorw}后，對于集合{Ew}和{Errorw}分別進行聚類，剔除離群數據對應的路徑點，剩余路徑點的數據構成訓練數據集。
5.根據權利要求1所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述步驟6具體為：將先驗海圖中的每個位置點對應的地形特征參數輸入到訓練好的孿生支持向量機中，得到水深數據平均定位誤差集合{maperror}和定位誤差變化值集合{ma
6.根據權利要求5所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述步驟7具體為：對于定位誤差變化值集合{mapchange}，誤差變化值存在正負兩種情況，使用K-Means聚類方法將{mapchange}劃分為三個聚類區域，第一區域邊界值為負值，第二區域邊界值為正值；根據位置點i對應的定位誤差變化值進行適配區劃分：
7.一種權利要求1所述考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法的應用，其特征在于：將先驗海圖內的地形適配區作為獎勵函數帶入到路徑規劃中，通過路徑規劃使規劃出的到達目標點的路徑中盡可能多的經過地形適配區，提高路徑跟蹤過程中導航結果的精度與魯棒性。
8.一種計算機裝置/設備/系統，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機程序，其特征在于：所述處理器執行所述計算機程序以實現權利要求1至7中任一項所述方法的步驟。
9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序/指令，其特征在于：該計算機程序/指令被處理器執行時實現權利要求1至7中任一項所述方法的步驟。
10.一種計算機程序產品，包括計算機程序/指令，其特征在于：該計算機程序/指令被處理器執行時實現權利要求1至7中任一項所述方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述步驟2中位置點的地形特征參數具體為：
3.根據權利要求2所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述等深線子地圖的等深線密度δ的計算方法為：將等深線子地圖中等深線的數量作為等深線密度δ；
4.根據權利要求1所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述步驟4中獲取到w個路徑點的水深數據平均定位誤差集合{ew}和定位誤差變化值集合{errorw}后，對于集合{ew}和{errorw}分別進行聚類，剔除離群數據對應的路徑點，剩余路徑點的數據構成訓練數據集。
5.根據權利要求1所述的一種考慮導航誤差趨勢的先驗海圖中地形適配區劃分方法，其特征在于：所述步驟6具體為：將先驗海圖中的每個位置點對應的地形特征參數輸入到訓練好的孿生支持向量機中，得到水深數據平均定位誤差集合{maperror}和定位誤差變化值集合{mapchange}；
6.根據權利要求5所述的一種考慮...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬騰，馬東，李曄，高源，付金宇，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：
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