重力匹配辅助惯性导航中的重力场基准图可导航性分析研究

In order to meet the needs of gravity matching aided inertial navigation system, based on the existing theory and methods of marine gravity field matching, this project will do research on chatateristics analysis of the gravity dield reference image, the construction of gravity field matching aided navigation matching program with high reliability, the multi-scale three-dimensional model of the gravity field, the determination of the minimum space range with enough information for gravity field matching. A definition of a gravitational field classification index system would be given. A gravity matching programs of different regions and different algorithms would be designed. A method of quantitative evaluation of the accuracy of the matching method would be given. the best system framework of the gravity matching aided navigation would be constructed. This project would lay the theoretical foundation for marine gravity field matching technology, and has important theoretical and practical significance to apply the real gravity matching technology used in navigation.

本项目根据重力匹配辅助惯性导航的需求，在已有海洋重力场匹配理论和方法基础上，开展重力场基准图的特征分析研究，研究具有高可靠性的重力场辅助导航的匹配方案的构建。研究重力场的多尺度三维模型，确定具有足够重力场匹配信息的最小空间范围，研究基于重力场多尺度模型的匹配方案。定义一套重力场分类指标体系，设计不同区域和不同算法的重力匹配方案，给出定量评价匹配结果精度的方法，构建最佳的重力匹配辅助导航的系统框架。本项目研究为海洋重力场匹配技术的应用奠定理论基础，对真正将重力匹配技术应用于导航具有重要的理论价值和现实指导意义。

本项目根据重力匹配辅助惯性导航的需求，在已有海洋重力场匹配理论和方法基础上，开展重力场基准图的特征分析研究，用以构建高可靠性重力匹配辅助惯性导航的方案。研究使用小波分析构建多尺度重力场模型，并定量分析了模型精度。通过比较平均局部标准差随尺度的变化，当局部标准差达到最大时的尺度被认识是适合重力匹配的最优尺度。实验结果表明，当尺度为2-2时，重力场的局部标准差达到最大，并通过重力匹配实验验证了该方法的正确性。针对多尺度重力场基准图数据，设计了重力场多尺度边缘检测算法，对多尺度重力场数据的特征线进行提取。建立了重力场特征的指标分布图，通过大量实验计算匹配概率确定了各个指标在提取可匹配区域的阈值。同时分析了各个指标对几个常用的辅助导航匹配算法的适用性。从匹配性能的角度，给出了重力场基准图的分类准则。本项目还研究了一种基于C-V模型的全局化水平集图像分割方法，将各指标融合形成的多通道图像采用曲线演化的方式进行最优分割，并将小波变换与水平集方法相结合，将粗尺度下曲线演化得到的轮廓线作为初始轮廓线，在细尺度下进行水平集演化运算以达到对重力可匹配区精确划分的目的。