水下重力/重力梯度匹配导航适配性及重力梯度背景场制备研究

The technology of gravity/gravity gradient matching navigation is researched by many people recently. This technology can proofread the accumulative error of the inertial navigation system (INS) and prolong the cycle of readjust, also, the technology can prolong the time of the martial subaqueous vehicle to stay under the sea, and it has important martial meaning and value of application. Affected by some reason, the distributing of the gravity/gravity gradient is not equably. The transformation is disagreeing in different area. Considering the precision of measurement, the disturbance of the environment synthetically, when the diversification is less than a particular threshold value, the matching algorithm will abate. In order to ensure the information is dependable and creditable, the project will analyze the characteristic of the gravity/gravity gradient around our country and even all around the world, then establish the criterion of suitable matching, and compartmentalize the area to three kinds, as the important suitable matching area, the tolerable suitable matching area and the non-tolerable suitable matching area. Based on the research of the suitable matching, the project will research the algorithm of route planning with the adjunctive promissory condition, In order to solve the problem that can not plot the gravity gradient background map and can not calculate and simuling without the gravity gradient data, the project will researche using the data from the satellite altimeter and the data measuremented by the boat. The purpose of this project is to establish the basis for the technology of matching navigation, which will be used practically in many fields in the future.

目前国内外在重力/重力梯度匹配辅助导航方面开展了广泛的研究，该技术可以有效校正惯性导航系统的累积误差，延长惯导的重调周期，延长军用潜器水下续航待命的时间，具有重要的军事意义和应用价值。受诸多原因影响海洋重力场的分布是不均匀的，不同区域重力/重力梯度的变化幅度不同，在综合考虑目前仪器的测量水平、外界扰动等因素的共同影响下，当区域的重力/重力梯度变化小于某一阈值后，匹配算法将失效，为此本项目提出先期对航行区域的重力场特征进行分析与统计，进而定量划分海域的适配性，在实际应用时选定适配区进行匹配获取校正信息，从而保证提供的校正信息是可靠、可信的。为此项目研究从海洋地球物理机制出发，依据特定的数学准则进行适配性分析，并结合实际航行需要研究航迹规划方法。同时针对当前缺乏实测重力梯度数据的现状，提出利用卫星测高和船测数据反演重力梯度数据，为仿真研究以及匹配辅助导航技术工程化应用后提供背景场数据。

水下匹配导航技术经过许多学者的艰辛研究，已经突破了系列技术难题。为了保证重力/重力梯度在水下的有效使用，本项目研究了基于地形特征参数的重力场可匹配区划分、基于信息熵的重力场可匹配区划分等方法，进而检验了水下匹配导航的适配性，得出了匹配导航适配性方面的基本结论：目前用来描述重力变化特征的参数很多，且不同方法能在某一方面较好地描述区域重力的统计特征，但是又都存在一定局限性，即各种参数基本只能反映某一个方面的重力特征，单凭某一个统计参数来表现重力区域的可匹配性是不够的，因此在实际分析区域可匹配性的过程中，往往要同时用到多个参数来进行比较和分析。在此基础上结合项目研究的航迹规划算法编制了重力匹配导航软件系统，可以开展匹配导航仿真实验以及开展相关的验证工作。另外，通过项目组全体同仁的研究，项目研究对比分析了目前现有的海洋物理场数据反演得到重力梯度数据的方法，包括利用船测海洋数据、海底地形数据、卫星测高数据与船测数据联合反演等方法，为开展重力梯度方面的相关研究提供了数据基础。