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重力场和地磁场辅助惯性导航技术研究

杨昆  
【摘要】: 以潜艇为代表的水下工具需要长时间在水下隐蔽航行,严重依赖于无源导航系统。利用地球自有物理场来辅助惯性导航的无源导航理论和方法是现阶段国内外研究机构和学者研究的一个热点,而重力辅助导航技术和地磁辅助导航技术是其中的两个重要研究方向。 重力匹配导航和地磁匹配导航均是基于图的导航,分别是利用重力信息和地磁信息来限制惯性导航系统的误差增长,使导航系统的精度保持在要求的范围之内。这两种辅助导航系统有三个相同的要素:导航用测量仪器、导航用匹配图和匹配定位算法。其中,匹配定位算法是辅助导航系统的核心。 过去的研究大多集中在利用某一种辅助信息源来修正惯性导航的误差,随着相关技术和理论的更新完善,通过综合利用多种地球物理场的信息来辅助惯性导航系统提高导航的精度,已经成为导航研究的重要研究方向。同时在三维空间中的立体导航技术研究也取得了一定的进展,并作为导航研究的未来发展方向日益引起人们的注意。 论文对在二维平面上同时使用重力图和地磁图来辅助惯性导航的综合匹配算法和将该算法向三位空间的推广进行研究。首先利用重力图为主要匹配信息源,研究ICCP匹配算法的数学机理,引入四元数法来完成在二维平面上对目标函数极值条件的求解,明确了算法的基本原理和实现步骤。其次研究了利用地磁图信息来限制ICCP算法中对重力等值线上最近点的选择,实现导航精度的提高,并利用投影的方法,在满足两个假设条件的前提下将修改后的匹配算法推广到三维空间中。最后编写仿真软件,设计系统仿真实验,得出仿真结果,通过对结果的分析,表明论文中的重力图和地磁图综合匹配定位方法可以提高导航的精度,并且可以将该匹配算法推广到三维空间中。


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