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《解放军信息工程大学》 2009年
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海洋重力辅助导航方法及应用

彭富清  
【摘要】:本文将海洋重力辅助导航界定为利用海洋重力场的空间分布特征提高惯性导航精度,修正或限定惯性导航系统误差积累的无源自主导航方法。其技术途径有三条:一是惯性导航系统重力补偿,用于提高惯性导航系统中矢量重力参数的精度,改善惯性导航系统的力学编排,从而改进惯性导航系统本身的精度;二是重力匹配,即以重力场的空间特征作为导航信标,通过与惯性导航系统的组合修正或限定惯性导航误差积累,延长惯性导航系统在水下的有效工作时间并减少其对GPS等的依赖,增强水下导航系统的隐蔽性;三是制图与定位同步技术(SLAM),用于事先没有绘制重力基准图或重力基准图精度不足海域,它在航行器航行过程中创建增量式重力基准图,同时依据该基准图确定航行器位置。 海洋重力辅助导航系统主要由惯性导航系统(INS)、实时重力测量系统、重力基准图和辅助导航算法等组成。本文以上述各组成部分为研究对象,系统提出了海洋重力辅助导航理论方法并论证其技术可行性,主要工作包括:(1)分析了惯性导航系统的误差特征及其修正方法;(2)提出了重力辅助导航基本原理,即通过重力补偿提高惯性导航精度,在重力基准图预先已制作区域通过重力匹配限定惯性导航的误差积累,在缺少重力基准图区域将SLAM作为重力匹配的补充;(3)研究了海洋重力仪和重力梯度仪的技术特点及其测量方法,分析了二者用作实时重力测量系统的技术可行性;(4)研究了卫星测高反演海洋重力场的理论方法,包括卫星测高交叉点平差、共线平差、测高垂线偏差推估、海洋重力场反演等,分析了卫星测高等现代海洋重力技术绘制海洋重力基准图的技术可行性;(5)系统提出了惯性导航系统重力补偿技术,包括基于海洋重力基准图的重力补偿方法和基于重力梯度仪的重力补偿方法;(6)依据重力场空间分布特性提出组合匹配方法,阐明了组合匹配的工作流程,分析了惯性导航误差、基准图误差、实时重力测量误差等对重力匹配的影响,研究了评估重力场适配性的理论方法;(7)探索了基于SLAM的海洋重力辅助导航方法,阐述了利用地图增强卡尔曼滤波(MAK)实现同时定位与重力基准图创建的理论技术; (8)在10 o S ~10oN, 160 o E ~180oE海域开展了海洋重力辅助导航仿真验证,包括基于重力基准图INS重力补偿仿真、基于重力梯度仪的INS重力补偿仿真、基于海洋重力仪的重力匹配仿真、基于重力梯度仪的重力匹配仿真;(9)依照海洋重力辅助导航系统的研究发展现状及其应用需求,开展海洋重力辅助导航应用设计。 本文研究结果和结论及技术创新点如下。(1)海洋重力辅助导航可直接确定相对于基准参考坐标系的位置和速度,其精度不随航行时间或航行距离而改变,无需浮出水面或使用外部坐标,也不需要来自地球的导航和通信信号,有望在水下实现惯性导航系统综合校正从而最终解决水下导航隐蔽性问题。(2)海洋重力仪用作海洋重力辅助导航中的实时重力测量系统时需顾及滞后效应和厄特弗斯效应的影响;而海洋重力梯度仪不受滞后效应或厄特弗斯效应的影响,是海洋重力辅助导航中较理想的实时重力测量系统。(3)本文提出了精确、快速计算卫星测高交叉点和正常点及其平均海面高的理论方法,从而改进了卫星测高的交叉点平差和共线平差技术;另外,卫星测高等现代海洋重力探测技术所绘制的海洋重力基准图的空间分辨率高于2′×2′,精度优于7毫伽,为海洋重力辅助导航的工程实现提供了条件。(4)本文推导了惯性导航系统中的重力参数误差影响惯性导航精度的严密理论公式,阐明了惯性导航系统中的重力参数误差每小时可产生数百米的惯性导航误差,已成为高精度惯性导航系统的主要误差源之一。(5)在实验海域,基于重力基准图的INS重力补偿技术在100小时内可提高惯性导航精度约16000米;基于重力梯度仪的INS重力补偿可有效改进惯性导航精度;基于海洋重力仪的重力匹配可将惯性导航系统的误差限定在3000米以内;基于重力梯度仪的重力匹配可将惯性导航系统的误差限定在2000米左右。
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19 徐卫明;卫星测高技术在海洋重力测量中的应用[J];地矿测绘;2000年03期
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