重力匹配辅助水下导航的若干问题研究

发布时间：2020-05-14 10:47

【摘要】：在现有技术条件下,潜艇主要依靠惯性导航系统进行导航,然而惯性导航系统的误差随时间而累积,使得单一的惯性导航系统难以长时间提供精确的导航信息。利用重力匹配辅助水下导航,对惯性导航系统误差进行修正,已经成为当前水下导航技术研究的热点。本文从重力匹配辅助水下导航的关键技术入手,在国内外最新研究成果的基础上,利用部分海域的船载重力测量数据和DTU10全球重力异常数值模型,通过仿真计算,对重力匹配辅助导航所涉及的关键技术进行了系统的分析、研究和仿真评估验证。论文开展的主要研究工作和创新点如下:1、介绍了本文的研究背景,概述了重力匹配辅助水下导航的发展和应用现状,归纳总结了重力匹配辅助水下导航关键技术的研究进展及存在的问题,明确本文研究的方向。2、基于卫星测高的基本原理,给出了卫星测高数据反演海域重力异常的数学模型;简述了海域船载重力测量数据的处理流程,深入分析了厄特弗斯改正和交叉耦合改正等主要误差影响因素;简要介绍了DTU10全球海域重力异常数值模型,并利用船载重力测量数据对其进行了精度评估,该模型整体精度要优于±5mGal,在局部海域达到了±3.5mGal的精度。3、研究了重力匹配导航背景场数据格网化技术,深入分析了加权反距离法、Kriging法、径向基函数法和Shepard法等四种格网化数学模型。依据重力异常的复杂特性,以DTU10重力异常数值模型为基础数据选取了平坦海域和复杂海域等两个试验区块,顾及构建重力匹配导航背景场数据的应用场景,设计了格网加密和测线格网化等两种试验方案,结果表明加权反距离法格网化精度最差,Kriging法相对于径向基函数法和Shepard法的格网化效果稍显逊色,而径向基函数法和Shepard法的格网化精度都在±0.1mGal左右,且二者不受背景场重力异常变化复杂程度和应用场景的限制。4、研究分析了海洋重力场特征参数模型,以及海洋重力异常特征参数的提取方法。针对单一重力特征参数选取适配区易出现误选的弊端,提出了基于多参数重力信息熵的适配区选择方法,实验结果表明该方法能融合多种不同的重力异常特征参数,可定性确定研究海域的可适配性;为定量确定所选海域的适配水平,进而提出了基于模糊综合决策适配区选择方法,该方法利用模糊决策理论求解出目标海域总的评价指数,为重力匹配辅助水下导航适配区选择提供技术支持。5、分析比较了重力匹配辅助水下导航最常用的SITAN算法(桑地亚惯性地形辅助导航算法)、TERCOM算法(地形轮廓匹配算法)和ICCP算法(迭代最近等值线算法)等三种匹配方法的原理和特点,从匹配导航的实时性、滤波算法的适应性和对重力背景场的依赖性等方面对比分析了SITAN算法和TERCOM算法之间的差异;通过仿真实验表明背景场变化程度不同的海域ICCP算法的匹配效果也完全不同,并且在重力异常变化程度剧烈的海域,其匹配精度可以达到1海里以内,完全满足于适配区选择的应用要求。
【图文】：

信息工程大学硕士学位论文为了验证上述四种格网化方法对海域重力异常复杂程度的适应性，选择了平坦海域（区块一）和复杂海域（区块二）两个 3 3区块作为主要试验区进行数值计算和比对分析。两个试验区块的重力异常特征统计如表 3.1 所示，等值线图如图 3.1、图 3.2 所示。表 3.1 两个试验区块重力异常特征统计表/mGal最小值 最大值 平均值 标准差 均方差 个数区块一 -37.259 22.889 -3.975 10.532 11.258 32400区块二 -41.098 137.416 22.680 28.219 36.204 32400

信息工程大学硕士学位论文为了验证上述四种格网化方法对海域重力异常复杂程度的适应性，选择了平坦海域（区块一）和复杂海域（区块二）两个 3 3区块作为主要试验区进行数值计算和比对分析。两个试验区块的重力异常特征统计如表 3.1 所示，，等值线图如图 3.1、图 3.2 所示。表 3.1 两个试验区块重力异常特征统计表/mGal最小值 最大值 平均值 标准差 均方差 个数区块一 -37.259 22.889 -3.975 10.532 11.258 32400区块二 -41.098 137.416 22.680 28.219 36.204 32400
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U674.76

【参考文献】

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本文编号：2663231