重力輔助慣性導航系統(tǒng)匹配方法研究.pdf

1、重力輔助慣性導航技術是各國近年來重點研究的導航技術之一，其原理是在載體航行過程中采集地球重力場數(shù)據(jù)，通過和重力圖匹配來估計載體的水平位置。由于獲得地球重力數(shù)據(jù)是一個無源的過程，因而將重力場信息引入慣性導航系統(tǒng)，可以形成自主、無源、高精度、高隱蔽性、抗干擾能力強的組合導航系統(tǒng)。 本文結合國家863計劃項目“新型慣性/重力組合導航系統(tǒng)關鍵技術”的應用背景，重點研究了相關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、重力測量值信息實現(xiàn)慣性/重力組合導航系統(tǒng)的相關匹配定位問題，提出了新的相關重力匹配方法和重力匹配區(qū)域選擇方法，并對方法的可行性進行了計算機仿真研究。主要研究包括： 1.研究了相關重力匹配的主要影響因素，包括慣性導航系統(tǒng)、重力測量誤差、重力圖、重力場特征以及重力匹配算法。厄特弗斯效應是影響重力測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。針對厄特弗斯效應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，提出了在搜

3、索模式和跟蹤模式下減小厄特弗斯效應對匹配影響的方法，并利用實測重力數(shù)據(jù)進行了仿真研究。 2.深入研究了重力場特征，提出應該重點關注局部重力場特征對相關重力匹配的影響，提出了重力場抗噪性能的計算算法，給出了重力匹配區(qū)域的選擇準則。在重力圖上使用移動局部計算窗口的方法對局部重力場統(tǒng)計特征包括粗糙度、標準差、相關性、坡度、信息熵以及抗噪性能等進行了計算，使用填色等值線圖進行對比和分析，確定使用局部重力場標準差、相關系數(shù)和抗噪性能等參數(shù)

4、來刻畫重力場特征，據(jù)此給出了匹配區(qū)域選擇的經(jīng)驗性數(shù)量指標，并利用實測重力數(shù)據(jù)進行了仿真研究。 3.研究了相關重力匹配的新方法。針對跟蹤模式下的重力匹配問題，提出了一種新的匹配算法，根據(jù)相鄰兩個采樣時刻載體的速度差別不大的特點，把重力儀測量值序列中相鄰兩個重力值相減得到一個新的采樣序列，然后使用新的采樣序列進行匹配，算法可以顯著降低厄特弗斯效應的影響。針對搜索模式下的重力匹配問題，從模式識別的角度分析了相關重力匹配過程，提出了一種

5、基于模式識別思想的重力匹配方法，通過把重力測量數(shù)據(jù)對照重力圖分類而估計載體的水平位置。分別使用概率神經(jīng)網(wǎng)絡和支持向量機工具進行分類，提出了基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡的重力匹配方法和基于支持向量機的重力匹配方法，并進行了計算機仿真模擬。 4.嘗試將重力輔助導航技術應用到航空導航領域，研究了航空重力匹配方法。由于航空重力儀的測量值中包含各種誤差因素，特別是存在厄特弗斯效應估計誤差，按照匹配算法估計出的匹配位置往往不是飛行器的真實位置，而是隨機