重力匹配辅助惯性导航系统算法研究

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作为一个拥有众多陆地和海洋岛屿的大国,海洋战略在我国总体发展战略中的作用和地位越来越明确,我国越来越重视海洋技术的发展。完备的水下导航技术是必不可少的,并且在战略地位上非常重要。惯性导航系统是用于水下导航和潜艇定位广泛使用的导航系统并且具备自主性和隐蔽性的特点,但是惯性导航系统对于水下潜器位置的计算是通过积分运算实现的,导航误差会随水下潜器航行时间增加而逐渐积累,对于需要进行长航时任务的潜艇来说,这种累积漂移误差是致命的缺陷,因此需要利用其他无源导航方法对惯性导航累积的漂移误差进行校正。重力场作为地球本身存在的信息场,重力匹配辅助惯性导航系统可以与水下导航完美结合,在能够满足水下潜器对隐蔽性、高精度、无源性要求的同时,也可以对惯性导航系统漂移误差进行修正。论文瞄准潜航器水下长时间自主导航的难点,并且考虑到采用传统重力线匹配算法技术,存在匹配结果精度低的问题,开展水下智能导航技术研究,提出“重力灯塔导航”新概念,以全新思路解决水下长时间导航精度不满足作战要求的难题。构建“重力灯塔导航”理论体系,突破重力灯塔科学表达、重力灯塔测制、重力灯塔面状匹配导航等关键技术,仿真验证重力灯塔导航理论完备性及技术可行性,为有效解决水下长航时导航难题提供新方案。本文以重力匹配惯性导航系统为对象,主要在重点海域重力数据库构建、“重力灯塔导航”匹配算法实现等问题进行了详细研究。论文中完成的主要工作和创新点如下:(1)简述惯性导航系统的基本原理和误差模型;概述了重力匹配辅助导航的基本原理与并对系统的组成进行介绍;对目前主要的三种海洋重力场模型进行了对比分析,概述了基于卫星测高数据建立海洋重力异常基准图的理论;对传统相关极值重力线匹配算法进行仿真并总结其特点和缺陷。(2)提出了“重力灯塔导航”新概念,并且仿真验证“重力灯塔导航”算法中重力灯塔的科学表达、重力灯塔测制、重力灯塔面状匹配导航等关键技术,以全新智能的思路解决传统重力线匹配算法匹配成功率低的缺陷,解决水下长时间导航精度不满足作战要求的难题。
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