重力/地磁辅助导航系统的融合匹配滤波方法研究

由于惯性导航系统的误差随着时间积累不断增大，因此潜艇高精度、长时间的水下安静隐蔽航行需要借助辅助导航手段来修正惯导，重力/地磁辅助导航对外无能量发射，不需要接近或浮出水面接受外部信号，最大程度保证了潜艇的隐蔽性和自主性，具有十分重要的现实意义。而研究精确、稳定、可靠的导航定位算法，是实现水下潜艇精确有效导航定位的关键。针对传统的匹配和滤波算法的不足，本课题提出一种新的重力/地磁融合匹配滤波方法。该方法在重力辅助导航的基础上融合地磁信息，使用多种地球物理场特征、多个分量来辅助导航，通过将匹配和滤波两种导航定位方法进行有机融合，对匹配和滤波两种导航定位方法的不足进行了规避，而将其优点相结合，在提高系统容错能力的同时，进一步提高了导航系统的精度和稳定性，为水下潜艇及各式水下运载器提供一种新的全天候全地域水下无源自主导航手段。

由于惯性导航系统的误差随着时间积累不断增大，因此潜艇高精度、长时间的水下安静隐蔽航行需要借助辅助导航手段来修正惯导，重力/地磁辅助导航对外无能量发射，不需要接近或浮出水面接受外部信号，最大程度保证了潜艇的隐蔽性和自主性，具有十分重要的现实意义。而研究精确、稳定、可靠的导航定位算法，是实现水下潜艇精确有效导航定位的关键。（1）针对传统匹配算法和滤波算法的不足，本课题首先对融合了TERCOM匹配算法和Kalman滤波算法的重力辅助导航定位算法进行了探索和试验，试验结果表明，新的融合匹配滤波算法在定位精度和算法稳定性上都明显优于单一的TERCOM匹配算法或Kalman滤波算法。（2）针对单一的重力或地磁导航定位精度和稳定性不高的问题，课题组提出了一种自适应的最优加权平均法，对重力辅助水下导航系统和地磁辅助水下导航系统的导航定位结果进行了融合。试验结果表明，本课题提出的重力/地磁联合辅助导航定位在定位精度和系统稳定性上相比单一的重力或地磁辅助导航有明显优势。（3）在深入研究重力辅助导航的基础上，课题组对重力、重力梯度的多分量数据辅助导航也进行了研究，提出了一种用于水下安全航行的重力/重力梯度异常联合反演目标探测方法，试验结果表明，与单一的重力或重力梯度反演方法相比，联合反演方法更加稳定可靠，在存在干扰的情况下仍能有效地反演目标。（4）对于重力或地磁辅助导航与航迹/航行区域的重力/地磁信息的关系，课题组在本年度也进行了一定的探索，结合SITAN滤波算法在该海域上的两块特征区域上，对比了重力和地磁辅助导航的效果。（5）此外，课题组还针对船测重力数据进行了重力辅助导航试验，并对影响导航定位精度的各项因素进行了分析。基于以上各项研究，课题组已发表4篇学术论文，其中国际SCI期刊论文2篇，EI论文1篇，ISTP会议论文1篇，获得专利授权1项。