基于重力梯度测量的水下安全航行研究

项目研究基于重力梯度测量的水下匹配导航和避碰技术，该方面技术的成功应用可以有效地提高水下潜器航行的安全性，在水下导航领域将有广阔的应用前景和潜力，这与重力梯度测量具有的诸多优点分不开。首先重力梯度仪是由六个加速度计组成，在测量时可以有效地消除载体自身运动的影响，获得较丰富的外部地球物理场信息，通过匹配算法在艇载存储的重力梯度背景场图上可以高精度地确定载体的位置，从而为惯性导航系统或其他导航系统提供标校信息，与当前的基于重力测量的辅助导航相比将具有更高的精度；其次重力梯度对浅层的地形及物质变化非常敏感，通过积分反演可以探测出障碍物相对于载体的方位和距离，为潜艇避碰提供技术依据。同时鉴于当前缺乏实测的重力梯度数据无法构成背景场图，项目研究利用地形与重力梯度的相关性反演重力梯度背景场图，并以其为基础研制匹配算法，并验证算法的可行性。项目研究具有一定的探索性，以期为国内开展该方面的工作奠定基础。

项目研究了基于重力梯度测量的水下匹配导航和探测技术，完成了计划书预定的全部研究内容，取得了较满意的研究成果。. 基于重力梯度的水下探测技术利用重力梯度对浅层的地形及物质变化非常敏感的特性，通过积分反演可以探测出障碍物相对于载体的方位和距离。项目研究分水下、水面运动载体与水下固定障碍物进行了大量仿真计算。水下运动载体探测方面，以水下排水18700吨的潜艇来分析，结果表明当该艇下潜深度达m时，它在其周围1海里范围内产生的重力垂直梯度为量级；对水面运动载体方面，以9000吨船舶来分析，结果表明在500m左右的距离上该船舶产生的重力梯度约为，并且随着距离的增大梯度值急剧减小；以当前重力梯度仪的测量精度来看，对水面和水下运动载体的探测无法实用，只具有理论研究意义。对水下固定障碍物研究分析表明半径为500m、高度为500m量级的小规模锥形海山，在1500m处水平方向上产生的梯度就可达到4E以上，完全可以为目前商业化应用的重力梯度仪所感应到，可以实现探测，从而为潜艇避碰提供技术依据。项目研究具有一定的探索性，以期为国内开展该方面的工作奠定基础。 . 同时鉴于当前缺乏实测的重力梯度数据无法构成背景场图，项目研究利用地形与重力梯度的相关性反演重力梯度背景场图，并以其为基础研制匹配算法，并验证了算法的可行性，实现了对ICCP的改进，提高了计算效率。