具体实施方式

首先结合图1说明本发明一个实施方式的为本发明一个实施方式的多维地磁匹配定位方法流程。如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S1001：基于飞行器组网中的主飞行器的惯导指示路径{p'_0i}、磁场序列{M'_0i}及磁传感器测量精度，获取所述惯导指示路径{p'_0i}到每一近似等值线的最近点序列，所述近似等值线包括等值线及测量误差范围内的所有可能磁场值的等值线；其中，1≤i≤N，N为主飞行器路径总点数，p'_0i为路径上的每一点，{M'_0i}为路径的磁场测量序列；

步骤S1002：对所述惯导指示路径{p'_0i}，进行路径上点序列到每一近似等值线的最近点序列的刚性变换；初始化迭代次数Num＝0；

步骤S1003：判断迭代次数是否等于预设迭代次数，若是，进入步骤S1010；否则，进入步骤S1004；

步骤S1004：获取所述主飞行器的全部变换路径；获取所述飞行器组网中的全部从飞行器的位置；

步骤S1005：基于预先建立的磁场图，获取所述主飞行器的各变换路径对应的飞行器组网的各采样点的磁场值；

步骤S1006：计算所述主飞行器的各变换路径对应的飞行器组网的多维特征相关度，将多维特征相关度最小的变换路径作为本次变换结果；

步骤S1007：记录所述本次变换结果对应的飞行器组网中各飞行器的位置，以及所述本次变换结果对应的最小多维特征相关度min_Num；

步骤S1008：基于所述本次变换结果对应的变换路径和磁场序列，获取所述本次变换结果对应的变换路径的每一近似等值线的最近点序列；

步骤S1009：对所述本次变换结果对应的变换路径，进行路径上点序列到每一近似等值线的最近点序列的刚性变换，迭代次数Num赋值为Num+1，进入步骤S1003；

步骤S1010：获取{min₀，……，min_Num}中的最小值min_min，获取最小值min_min对应的所述飞行器组网中各飞行器的位置，作为各飞行器的最终位置。

如图2所示，本实施例中，所述飞行器组网的结构为：

所述飞行器组网具有一个主飞行器，若干从飞行器；从飞行器作为量测输入，对主飞行器进行轨迹校正；

设主飞行器真实位置为p₀，在惯性系的惯导指示位置为p'₀，第k个从飞行器的真实位置为p_k，它相对于主飞行器的位置为Δp_k，该位置的磁场读图值为M(p_k)，实际的地磁测量值为M'_k；表征主飞行器、从飞行器关系的多维地磁匹配模型表示为：

p₀＝T(p'₀)

p_k＝p₀+Δp_k,k＝1,2,...,n

M'_k＝M(p_k)+Q,k＝0,1,...,n

其中，T(*)为惯性系统指示航迹到真实航迹的变换关系；Q为地磁测量误差和噪声，n为飞行器个数。根据多个从飞行器的磁场信息以及它们与主飞行器之间的位置关系，通过计算就可以确定主飞行器真实位置p₀。

如图3所示，为现有技术中传统的ICCP算法原理图，本实施例中，对传统的ICCP算法进行了改进。本实施例中，考虑了磁传感器测量过程中的噪声，由原有的单纯寻找等值线最近点，改进为寻找等值线及测量误差范围内的所有可能磁场值的近似等值线最近点，通过迭代的方式来更新主飞行器的位置。

对于主飞行器来说，由于惯性导航系统不可避免地存在一定的误差，因此惯导指示路径通常与真实路径不完全重合。传统的ICCP算法假设地磁测量没有误差，因此通过测量到的磁场值，在其等值线上寻找与惯导指示路径中每一点距离最近的点，组成等值线路径，这些点与原惯导指示点存在一定的变换关系，对惯导指示路径进行整体的刚性变换，包括旋转和平移，使得变换后路径上的序列与等值线路径上的序列之间的距离平方和最小，重复这一过程，使得迭代直到收敛或收敛次数达到最大迭代次数上限为止。

由此可见，传统ICCP算法的关键是寻找最近等值线点和求取刚性变换，以逐步得到接近真实路径的位置序列。然而，传统ICCP算法对于地磁测量没有误差这一假设在实际测量过程中对磁传感器提出了较高的要求，几乎不可实现。因此，本实施例对寻找最近等值线点这一步骤进行改进。除了选取等值线最近点外，考虑测量时使用的磁传感器实际测量噪声Q，在选取测量值为M'等值线最近点的基础上，选取磁图中M'±Q范围内的多个近似等值线最近点，构成近似等值线最近点序列。通过以上改进，等值线路径的搜索范围扩大，更符合实际情况，提高了对传感器测量噪声的容忍程度。

所述步骤S1002及步骤S1009的路径上点序列到每一近似等值线的最近点序列的刚性变换，包括：

步骤S10021：全部点组成点集{p'_0i}，求取点集{p'_0i}与{t_0i}的质心，各段子路径所占的比重用w_i表示，即：

其中，i为路径中每点的编号,N为路径中所含采样点的数目，p'_0i为路径中第i个点的位置，t_0i为p'_0i对应的近似等值线最近点，{t_0i}为若干近似等值线最近点的集合；

步骤S10022：计算互协方差矩阵其中，为的转置；

记矩阵

其中，S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂分别为互协方差矩阵S中的各元素；

该矩阵W的四个特征值为：

在矩阵W的四个特征值中选取最大的特征值，记为λ_max，求取旋转角θ：

步骤S10023：计算旋转矩阵R及平移变换矩阵b,

步骤S10024：路径上点序列到每一近似等值线的最近点序列进行刚性变换

Tp'_0i＝Rp'_0i+b

其中，T为包含旋转和平移变换的刚性变换。

本实施例中，在寻找到近似等值线最近点路径后，通过求取刚性变换，使结果逐步逼近真实结果。

进一步地，惯导指示路径经过刚性变换后，得到的结果与等值线路径不完全重合，因此需要进一步反复迭代，不断得到新的刚性变换，得到逼近等值线路径和真实路径的结果。

传统ICCP迭代终止的条件包括：相邻两次迭代的距离小于门限值或迭代次数达到最大迭代次数上限。

以上迭代终止的条件，都是将最后一次迭代结果作为最终结果。这种情况下，得到的结果可能是局部最优，因此，引入飞行器组网，在多维地磁匹配模型中，可以利用飞行器之间的相对位置信息和多飞行器测量值，提高定位结果精度。该多维地磁匹配模型，忽略网间坐标系的相对位置误差，认为飞行器之间的相对位置是准确的，则可以以单个轨迹为主，其他飞行器仅作为量测输入，来对主飞行器进行轨迹校正。

所述步骤S1004：获取所述主飞行器的全部变换路径，获取所述飞行器组网中的全部从飞行器的位置，包括：

当主飞行器经过ICCP变换后，得到多条变换路径，将第i条变换路径记为

{t'_i1t'_i2...t'_iN}，其中t'_iN为第i条变换路径中的第N个点；

根据主飞行器与其他从飞行器之间的关系，从飞行器的位置可以通过主飞行器和空间约束推算。

第k个从飞行器的第i条航迹上第j个点的位置为：

第k个从飞行器的第i条航迹记为

步骤S1005：基于预先建立的磁场图，获取所述主飞行器的各变换路径对应的飞行器组网的各个点的磁场值，其中：

通过地磁图，可以得到第k个飞行器第i条航迹的地磁读图值

所述步骤S1006：计算所述主飞行器的各变换路径对应的飞行器组网的多维特征相关度，将多维特征相关度最小的变换路径作为本次变换结果，其中：

飞行器组网的多维特征相关度表示为：

其中，E_k为第k个飞行器轨迹地磁测量值与地磁读图值的均方差，p_kj为第k个飞行器航迹中的第j个匹配点，M'_kj第k个飞行器航迹中的第j个匹配点实际的地磁测量值；M(p_kj)为第k个飞行器航迹中的第j个匹配点的地磁读图值，n为总的飞行器个数。

本实施例中，将所述地磁读图值与实测的地磁测量值相比较，利用公式可以计算得到各变换路径对应的飞行器组网的多维特征相关度。本实施例中，在搜索空间内，对主飞行器不断进行旋转和平移变换，使整个飞行器网络对应的轨迹地磁总均方差E达到最小，此时主飞行器的位置为搜索区域的最优解，其对应的航迹为匹配航迹。

本实施例中，MSD为在一定的空间结构下，多点飞行器同步或异步测量空间磁场特征量，将其通过数据链共享，可以取得较好的空间大区域的磁场匹配效能。因此本实施例采用MSD计算待匹配航迹的适应度，来对匹配轨迹进行评估。

本实施例中，在每一次迭代过程中，除了计算主飞行器的刚性变换及变换后的位置结果外，还需计算各从飞行器的位置及整个飞行编队的多维特征相关度，为了减少后续的计算复杂度和存储空间，选取多条变换路径中特征相关度最小值作为本次迭代的最终结果，作为下一步迭代的基础路径，并记录本次迭代的结果和多维特征相关度，作为最终迭代结果的评价依据。设置迭代次数上限，当迭代达到上限时，取所有记录下的特征相关度最小值的飞行器位置为最优位置。

本发明实施例进一步给出一种多维地磁匹配定位装置，如图4所示，所述装置包括：

第一最近点序列获取模块：配置为基于飞行器组网中的主飞行器的惯导指示路径{p'_0i}、磁场序列{M'_0i}及磁传感器测量精度，获取所述惯导指示路径{p'_0i}到每一近似等值线的最近点序列，所述近似等值线包括等值线及测量误差范围内的所有可能磁场值的等值线；其中，1≤i≤N，N为主飞行器路径总点数，p'_0i为路径上的每一点，{M'_0i}为路径的磁场测量序列；

第一刚性变换模块：配置为对所述惯导指示路径{p'_0i}，进行路径上点序列到每一近似等值线的最近点序列的刚性变换；初始化迭代次数Num＝0；

判断模块：配置为判断迭代次数是否等于预设迭代次数；

位置获取模块：配置为获取所述主飞行器的全部变换路径；获取所述飞行器组网中的全部从飞行器的位置；

磁场值获取模块：配置为基于预先建立的磁场图，获取所述主飞行器的各变换路径对应的飞行器组网的各采样点的磁场值；

第一计算模块：配置为计算所述主飞行器的各变换路径对应的飞行器组网的多维特征相关度，将多维特征相关度最小的变换路径作为本次变换结果；

最小维度获取模块：配置为记录所述本次变换结果对应的飞行器组网中各飞行器的位置，以及所述本次变换结果对应的最小多维特征相关度min_Num；

第二最近点序列获取模块：配置为基于所述本次变换结果对应的变换路径和磁场序列，获取所述本次变换结果对应的变换路径的每一近似等值线的最近点序列；

第二刚性变换模块：配置为对所述本次变换结果对应的变换路径，进行路径上点序列到每一近似等值线的最近点序列的刚性变换，迭代次数Num赋值为Num+1；

最终位置获取模块：配置为获取{min₀，……，min_Num}中的最小值min_min，获取最小值min_min对应的所述飞行器组网中各飞行器的位置，作为各飞行器的最终位置。

本发明实施例进一步给出一种多维地磁匹配定位系统，包括：

处理器，用于执行多条指令；

存储器，用于存储多条指令；

其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述的多维地磁匹配定位方法。

本发明实施例进一步给出一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的多维地磁匹配定位方法。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装Windows或者Windows Server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。