重力輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)匹配方法研究.pdf

1、重力輔助慣性導(dǎo)航技術(shù)是各國(guó)近年來(lái)重點(diǎn)研究的導(dǎo)航技術(shù)之一，其原理是在載體航行過(guò)程中采集地球重力場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)和重力圖匹配來(lái)估計(jì)載體的水平位置。由于獲得地球重力數(shù)據(jù)是一個(gè)無(wú)源的過(guò)程，因而將重力場(chǎng)信息引入慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可以形成自主、無(wú)源、高精度、高隱蔽性、抗干擾能力強(qiáng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。 本文結(jié)合國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“新型慣性/重力組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”的應(yīng)用背景，重點(diǎn)研究了相關(guān)重力匹配的新方法以及影響重力匹配的主要因素，從理論上探討了僅依靠

2、重力測(cè)量值信息實(shí)現(xiàn)慣性/重力組合導(dǎo)航系統(tǒng)的相關(guān)匹配定位問(wèn)題，提出了新的相關(guān)重力匹配方法和重力匹配區(qū)域選擇方法，并對(duì)方法的可行性進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真研究。主要研究包括： 1.研究了相關(guān)重力匹配的主要影響因素，包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、重力測(cè)量誤差、重力圖、重力場(chǎng)特征以及重力匹配算法。厄特弗斯效應(yīng)是影響重力測(cè)量精度的主要誤差因素，也是影響重力匹配性能的主要因素。針對(duì)厄特弗斯效應(yīng)改正誤差主要受航向誤差、緯度位置誤差和速度誤差影響的特點(diǎn)，提出了在搜

3、索模式和跟蹤模式下減小厄特弗斯效應(yīng)對(duì)匹配影響的方法，并利用實(shí)測(cè)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真研究。 2.深入研究了重力場(chǎng)特征，提出應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注局部重力場(chǎng)特征對(duì)相關(guān)重力匹配的影響，提出了重力場(chǎng)抗噪性能的計(jì)算算法，給出了重力匹配區(qū)域的選擇準(zhǔn)則。在重力圖上使用移動(dòng)局部計(jì)算窗口的方法對(duì)局部重力場(chǎng)統(tǒng)計(jì)特征包括粗糙度、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)性、坡度、信息熵以及抗噪性能等進(jìn)行了計(jì)算，使用填色等值線圖進(jìn)行對(duì)比和分析，確定使用局部重力場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)和抗噪性能等參數(shù)

4、來(lái)刻畫重力場(chǎng)特征，據(jù)此給出了匹配區(qū)域選擇的經(jīng)驗(yàn)性數(shù)量指標(biāo)，并利用實(shí)測(cè)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真研究。 3.研究了相關(guān)重力匹配的新方法。針對(duì)跟蹤模式下的重力匹配問(wèn)題，提出了一種新的匹配算法，根據(jù)相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻載體的速度差別不大的特點(diǎn)，把重力儀測(cè)量值序列中相鄰兩個(gè)重力值相減得到一個(gè)新的采樣序列，然后使用新的采樣序列進(jìn)行匹配，算法可以顯著降低厄特弗斯效應(yīng)的影響。針對(duì)搜索模式下的重力匹配問(wèn)題，從模式識(shí)別的角度分析了相關(guān)重力匹配過(guò)程，提出了一種

5、基于模式識(shí)別思想的重力匹配方法，通過(guò)把重力測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)照重力圖分類而估計(jì)載體的水平位置。分別使用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)工具進(jìn)行分類，提出了基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重力匹配方法和基于支持向量機(jī)的重力匹配方法，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真模擬。 4.嘗試將重力輔助導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到航空導(dǎo)航領(lǐng)域，研究了航空重力匹配方法。由于航空重力儀的測(cè)量值中包含各種誤差因素，特別是存在厄特弗斯效應(yīng)估計(jì)誤差，按照匹配算法估計(jì)出的匹配位置往往不是飛行器的真實(shí)位置，而是隨機(jī)