基于卫星测高数据的重力匹配导航仿真

介绍了重力匹配导航的研究背景和工作流程,设计了基于中国沿海实际重力异常数据的仿真试验模型。采用多模型自适应卡尔曼滤波与绝对平方差两种不同的算法,在两条具有不同重力异常变化的航行线路上进行了仿真试验,验证了重力异常匹配的技术可行性。     

导航用重力梯度基准图构建方法的比较研究

基准图是重力梯度辅助导航实用化研究的关键技术,由于依靠实测构造大范围基准图还需要较长时间,理论模型逼近重力梯度开始成为可行的构图方法。系统研究了一种基于自由空间异常或布格异常数据的构图方法,避免了相关研究构建梯度图时较少考虑标准测量数据,构图结果物理意义不明确和缺乏实用性的缺点。以重力归算理论推导了构图方法原理,然后用频域算法实现构图过程中两个关键计算过程,通过算例分析了构图效果。所构基准图数值、轮廓等关键特征均与实测重力梯度吻合较好,证明了该方法在重力梯度辅助导航基准图构建中的实用价值。     

利用ICCP的水下地磁匹配导航算法

分析了传统水下导航定位方法的局限,研究了基于ICCP的水下地磁自主导航算法。首先,研究了局域地磁场建模方法,认为多面函数构建局域地磁场模型较优;然后,研究了ICCP地磁导航算法,并对其作了改进;最后,以所建立的局域地磁场模型为背景,进行了地磁匹配算法的仿真实验,给出了该算法的精度指标及影响因素。     

重力场可匹配区域选择研究

本文根据重力匹配辅助惯性导航需求,开展了重力场基准图的特征分析研究,提出了衡量可匹配性的特征指标体系,根据该指标体系建立了一个多通道的综合指标分布图,并引入了水平集理论,采用一种基于Mumford-Shah模型的全局化水平集的图像分割方法对重力场可匹配区域进行分割。通过重力匹配实验验证,结果表明,分割出的可匹配区域能达到提高匹配概率的作用。     

原子干涉技术及其在水下导航中的应用

原子干涉测量技术可以获得极高的惯性测量精度。本文简要介绍了原子干涉仪的工作原理,在此基础上介绍了其在重力匹配辅助导航技术的原理与应用,同时设计了一种重力梯度匹配导航的结构与算法原理,指出原子干涉惯性导航技术具有高精度、高效率、无需外部信息校正的无源导航等优点,可最终解决水下潜器长时间的自主导航需求。     

利用ICCP的水下地磁匹配导航算法

随着地磁场模型和地磁导航等研究的深入,需要合适的地磁场模型精度评价方法。利用世界地磁场模型（world magnetic model,WMM）和国际地磁台网（INTERMAGNET）观测数据,研究了最新的WMM2010模型在全球范围内的精度,并分析了WMM在欧洲、北美洲、中国及邻近地区等不同局部区域的精度。根据地磁场模型球谐系数截断阶数与空间最小分辨率波长关系,提出用格网化方法来评价地磁场模型的精度,并给出了WMM在全球和局部地区的精度。     

基于TERCOM算法的重力匹配

研究了利用地形轮廓匹配(TERCOM)算法进行重力匹配辅助导航,分析了TERCOM算法对不同重力场分布区域的适应性。模拟试验证明,TERCOM算法简单易行,当重力场粗糙度达到3.7 mGal时,重力测量误差超过3 mGal,定位误差也在1个格网单位以内,粗糙度和坡度方差与匹配定位精度的强相关性是选取匹配区域的较好指标。     

地磁异常匹配辅助导航的研究

本文研究了地磁异常匹配辅助导航的基本原理,对其关键技术进行了分析,对系统建立了状态方程和观测方程,并给出了一个实例,利用EKF进行了数据融合处理,仿真结果表明地磁异常匹配辅助导航可以有效修正惯导的误差,大大降低了惯导的导航误差。     

基于球谐函数的重力异常和垂线偏差误差匹配关系

重力异常和垂线偏差是测高卫星非常重要的产品。二者的精度指标对于未来的测高卫星方案设计至关重要。本文利用球谐函数来对重力异常和垂线偏差的精度指标进行讨论,首先从理论上推导了重力异常和垂线偏差误差的近似匹配关系,然后通过6个超高阶重力场模型验证了有关结论的正确性。数值试验表明:垂线偏差误差和重力异常误差满足近似的比例关系,即若垂线偏差各方位向等精度测量,且假定精度均为1μrad,则所对应的重力异常精度约为1.4mGal;反之,若重力异常的精度为1mGal,则所对应的垂线偏差的精度约为0.7μrad。     

地磁匹配导航中匹配量的选择

地磁匹配量的选择是地磁匹配导航中的一个关键问题,采用不同地磁参数作为匹配量具有很大的差别,所以选择适当的地磁参数作为匹配量是地磁匹配导航中首先要解决的问题.文中给出不同地磁参数作为匹配量的匹配误差图,通过仿真结果可见地磁场倾角I和地磁偏角D组合作为匹配量的匹配误差最小,建议在地磁匹配导航中采用这种组合方式讲行匹配.     

多属性决策理论的重力匹配导航适配性分析

为确保水下重力匹配导航的可靠性,针对将单一特征指标作为适配性分析准则而导致评价结果不全面这一缺陷,提出了一种基于多属性决策理论的重力匹配导航适配性分析方法。首先,采用重力场标准差、粗糙度、相关系数、坡度标准差、偏态系数和重力异常差异熵6种特征参数作为属性集进行加权规范化处理,得到决策指标对待匹配区的适配性排序,也可构建贴合度来评价最优适配区。然后,在同一条件下,对各待匹配区分别进行匹配仿真比较,结果表明,决策指标越高,匹配效果越稳定,且可直接筛选出最优适配区,决策结果与匹配精度有高度一致性,匹配度高达80%。该方法可靠性高,能够解决单一特征指标信息量较少的问题,为水下潜器长航时、长航距航行提供重要保障。     

重力辅助导航仿真及适配性分析

重力场辅助导航是抑制惯性导航系统随时间误差累积的有效方法之一。本文引入重力异常可导航值作为描述重力异常背景场的特征之一,并计算了西太平洋海域1'×1'重力异常可导航值。为了分析重力异常背景场的适配性,选取了4条代表性航线并基于ICCP算法进行了仿真,并对仿真结果作了统计分析。统计结果表明,匹配区域的可导航值越大,适配性能越好,其中在可导航值均值大于20的航线上,匹配成功率大于80%,且匹配精度优于2 nmile。     

利用卫星重力梯度与地面数据确定地球重力场的分析

本文利用简捷的球谐分析方法讨论了重力场元在地面和空间的谱分布特征和向下延拓问题,分析了各类测量数据求定重力场的最高分辨率及精度。结果表明,在一个低轨道卫星上以适当的精度(优于10~(-2)E)的重力梯度测量可以获得空间分辨率为100公里、精度高于5mgal和10cm的重力场和大地水准面。     

辅助导航中等值线匹配算法仿真试验研究

等值线（ICCP）匹配算法是辅助导航中的一个重要匹配算法,但目前缺乏本算法的系统仿真试验。本文对ICCP算法在地形辅助导航中的应用进行了正交实验设计,按照设计方案进行大量仿真研究。通过对仿真结果的分析,得出等值线匹配精度的主要因素。     

水下重力异常相关极值匹配算法

重力辅助惯性导航是利用地球物理特征信息——重力来修正水下潜器惯性导航误差,其关键技术是匹配算法。基于平均平方差最小准则构造差分降权相关目标函数模型,针对受干扰误差随机影响,基于目标函数模型搜索得到的多个有效位置,均有可能以不同概率密度源于正确位置这一问题,提出概率数据关联滤波重力匹配算法,与最近邻法相比,该算法确定的航迹更接近于真实位置,提高算法的可靠性与抗干扰性;分析探讨序列采样间隔对匹配精度的影响。通过试验区仿真匹配,结果表明,当选择适当的采样间隔与采样长度,该算法能有效修正导航误差。     

水下重力异常最近等值线迭代匹配算法的改进

提出了基于费波纳奇数列调优的最近等值线迭代匹配算法;针对最近等值线迭代匹配只适用于真实航迹位于惯导航迹附近的局限性,提出了相应的改进算法,即先基于相关极值匹配将惯导航迹修正到真实航迹附近,然后再进行最近等值线迭代匹配,以进一步提高修正精度。通过试验区在不同仿真条件下的计算分析表明,惯导导航误差均得到了有效的修正。     

重力场基准图的最优匹配尺度研究

地球重力场具有多尺度特性,本文以重力匹配辅助惯性导航的需求为研究背景,围绕重力场基准图开展重力场的最优尺度分析研究,并引入小波分析方法建立重力场基准图数据的多尺度表达模型,选择适合重力匹配的最优尺度,用粗糙度特征选取重力场可匹配区域,然后通过ICCP和TERCOM算法在可匹配区域内进行重力匹配实验,检验理论计算得到的最优尺度是否适合于匹配定位,从定量的角度证实了最优尺度选择结论的正确性。     

匹配导航标准现状与标准体系分析

匹配导航是一种运用匹配算法对载体预存的导航数据进行匹配来确定载体位置信息的自主导航技术。通过分析匹配导航技术的发展现状和应用领域,梳理了国内外匹配导航技术的相关标准,给出了匹配导航技术的一种标准体系结构,并对匹配导航制定的标准给出了意见和建议。     

量子导航技术发展现状分析

随着量子信息科学技术的不断发展,量子导航技术以更高的测量精度、更小的设备体积、更广的使用范围得到了国内外的广泛关注,逐渐成为能够升级下一代导航定位核心能力、并有望在2030年前投入使用的新兴技术,是导航定位方向后续发展中具有技术引领作用的核心研发领域.本文梳理了量子导航领域的主要技术、重点发展方向及研究现状,并给出了后续发展建议,以期对量子导航技术发展起到推进作用.     

预测思想下的汽车导航地图匹配方法

针对常规地图匹配方法存在匹配不准的难点,设计了一种基于预测的汽车导航匹配方法,并通过实验进行了分析和验证,为解决汽车导航系统在复杂道路的匹配难题提供参考。