水下重力匹配定位算法综述

随着重力测量和水下导航技术的发展,惯性/重力匹配导航技术因其精度高、自主性强和航时长等优点,已成为水下自主导航的重要研究方向。惯性/重力匹配导航系统主要由惯性导航系统、重力实时测量、海洋重力场背景图和重力匹配定位算法构成。重力匹配定位算法通过将实时测量的重力异常值与构建的重力场背景图进行匹配,得到水下运载体当前时刻的位置信息,是惯性/重力匹配导航技术的核心。本文详细介绍了重力匹配算法的技术发展现状,重点分析了具有代表性的ICCP算法、SITAN算法、矢量匹配算法及其衍生算法,并对惯性/重力匹配水下自主导航技术的未来发展进行了展望。     

舰船导航发展现状与趋势

舰船导航技术是一项重要的国防关键技术,已成为21世纪提升舰船平台综合性能的研究热点和前沿课题。本文首先阐述了舰船导航的地位与作用,分析了当前国际环境下舰船导航面临的军事需求,然后简要介绍了惯性导航、重力匹配导航、惯性/卫星导航深耦合、导航信息综合处理与应用服务等技术现状,最后探讨了其技术特点、典型产品与应用情况,展望了舰船导航技术的发展趋势。     

高精度惯性导航系统重力补偿方法

重力扰动是高精度惯性导航系统的一项重要误差源,重力补偿是降低惯性导航系统误差的一项关键技术。通过基于对确定性模型、数据及外部辅助3种重力补偿方法的分析和研究,总结得出了各补偿方法的研究方向以及适用范围,对进一步提高我国未来更高精度惯性导航系统的导航精度具有指导意义,并提供了方法上的参考。     

民用航空惯性基准系统重力补偿方法

惯性基准系统在民用航空中是位置、速度、姿态等信息的核心信息源,由于民用航空领域安全关键的特性,要求惯性基准系统具备在短时间内不依赖卫星辅助独立完成导航工作并保持可靠性能的能力.针对重力模型误差在高精度惯性基准系统纯惯性运行期间对定位精度影响显著的问题,研究了基于高阶重力球谐模型EGM2008的重力补偿方法,提升了定位精...     

高精度舰载惯性导航系统的重力影响研究

舰载的高精度惯性导航系统中,重力误差补偿的精度与导航的精度息息相关。长航时舰载导航系统,与短航时惯性导航系统相比,重力扰动随时间积累对导航精度的影响更加明显,因此不能再用简单的重力模型对重力进行近似,而需要对重力扰动误差进行补偿。本文针对舰载高精度惯性导航,理论上推导了重力扰动误差对惯性导航精度的影响,并以北向单通道模型对重力扰动误差与水平定位精度的解析关系式进行验证;进而用simulink仿真验证解析关系式的正确性,并在不同条件下进行了仿真。仿真结果表明：静态条件下,20小时以上的长航时导航中,北向或东向重力扰动分量每增加10mgal时,对应位置误差范围约增加130m。     

自主水下航行器的组合导航系统综述

由于GPS和无线电信号在水下严重衰减，因此以惯性导航为核心，加以其他辅助导航设备的组合导航系统正适用于自主水下航行器的使用环境。回顾了近年自主水下航行器组合导航的最新进展，为将自主水下航行器应用于军用和民用等领域的研究学者提供了参考。首先，总结了国内外近十年来自主水下航行器组合导航方法，如INS/APS组合导航、INS/GPS组合导航、INS/DVL组合导航、INS/地球物理组合导航和INS/SLAM组合导航；介绍了各种自主水下航行器组合导航系统的基本原理和关键技术问题的解决方案；总结对比了其优缺点和发展趋势；最后给出了未来自主水下无人航行器组合导航面临的挑战。     

浅析水下PNT体系及其关键技术

针对水下用户进行了梳理与分类,分析了水下用户对于PNT服务的需求,以及当前水下PNT体系的能力水平距离满足用户长期需求存在的差距。阐述了当前国际上水下PNT体系的建设现状,以及部分国家对于PNT体系建设的规划。在此基础上,分析了未来水下PNT体系的发展方向。最后,从水下PNT特殊性出发,总结归纳了包含惯性、重力/地磁匹配、水声导航、水下PNT能力评估等技术内容的水下PNT关键技术。     

利用TERCOM与ICCP进行联合重力匹配导航

重力匹配导航算法对提高匹配效率和精度具有重要意义,是水下匹配导航技术的热点问题。对已有的重力辅助惯性匹配导航算法开展了研究,在此基础上提出了一种新的基于ICCP与TERCOM相结合的重力匹配导航算法。该算法在已有改进算法的基础上,对惯性导航提供的采样间隔航距以及ICCP匹配航距,和改进TERCOM匹配航距进行了联合对比分析。通过设置限差,搜索出TERCOM匹配误差较大点,并用ICCP对应匹配点进行替换,反复搜索和替换,最终生成由两种算法结合的新匹配轨迹。在TERCOM匹配初始误差较小的情况下,该方法对TERCOM算法匹配精度的提升依赖于ICCP匹配结果。仿真结果表明:对于TERCOM出现明显误匹配且ICCP匹配结果较好时,该算法可大大提高重力匹配精度,距离误差由2000m降至870m,X轴方向由TERCOM匹配平均误差的1370m降至530m,Y轴方向由TERCOM匹配平均误差的1900m降至640m,从而更好地满足了水下导航的需求。     

不同定位精度ＩＮＳ 下的重力匹配算法适用性研究

重力辅助导航是以惯性导航为基础的辅助导航方法, 惯性导航系统（ＩＮＳ） 的误差特性 直接影响匹配算法的定位效果。通过对几种经典的重力场相关匹配及滤波匹配算法的研究及匹 配仿真实验指出, ＩＮＳ 定位精度的变化会改变不同匹配算法间的优劣关系, 从而改变匹配算法的 适用性, 并得出了适用于不同定位精度ＩＮＳ 的匹配算法的结论。该结论为搭载不同精度ＩＮＳ 载体 的重力场匹配算法的选择提供依据, 具有一定现实意义。     

地固系GNSS/SINS组合导航正常重力间接算法

相比导航系,GNSS/SINS组合导航在地固系计算,编排效率提高约40％,Kalman滤波效率提高约10％,即使正常重力与姿态矩阵的计算效率偏低,在地固系计算比导航系计算综合效率也提高约30％.针对地固系正常重力计算复杂的问题,提出了地固系正常重力间接算法,首先把三维直角坐标转换为大地坐标,然后在导航系计算正常重力,最后把正常重力转换到地固系,姿态矩阵也在此过程计算完毕.试验结果表明,间接法与传统方法计算精度相当,但间接法计算过程简单直观,计算效率可以提高3％ ～ 26％,尤其对于高速高精度的捷联惯导,效率提高尤为明显,具有重要的工程实用价值.     

航空重力仪/梯度仪惯性稳定平台研制现状

惯性稳定平台可以隔离外部扰动对重力仪或重力梯度仪的影响,改善重力测量环境、提高重力测量精度,在航空重力测量领域意义重大,应用前景广阔.本文针对国内外多个国家的航空重力仪惯性稳定平台研制情况,以及承载不同类型重力梯度仪的惯性稳定平台研制现状进行了评述,并讨论了平台研制中的一些关键技术,最后进行了前景展望.     

重力和重力梯度基准图构建的多参量联合网格化

高精度、高分辨率的重力及重力梯度基准图是决定潜艇水下辅助导航定位精度的关键因素。我国海洋重力测量目前的主要比例尺为1:1000000，在局部区域可达1:500000，测线间隔分布相对稀疏。传统的网格化插值技术在远离测点位置时容易产生虚假异常，或异常特征发生偏移。构建了全张量重力梯度数据的6个梯度分量的联合网格化方法,利用各个梯度分量与引力位在波数域中的关系重构了引力位，实现了重力和重力梯度数据的再计算，从而实现了网格处理。通过模型数据和实测数据，验证了该方法在插值异常分辨率和位置准确性上具有优势。     

激光捷联惯导车载重力测量试验

惯性导航系统中加速度计测量的比力是载体运动加速度与重力加速度的矢量和,当载体运动加速度能够被有效分离时,满足一定精度水平的惯性导航系统就可以成为动态重力仪。捷联式惯性导航系统体积小、重量轻、系统组成简单,可以在记录下惯性器件原始输出信息之后,通过离线处理过程进行数据处理和精度挖掘。本文通过对某高精度激光捷联惯导进行相应的软硬件更改,获得了兼具导航及重力测量功能的一体式动态重力仪。地面车载试验是验证动态重力仪的测量精度的有效手段之一,本文将一组高速公路重复测线的数据进行了处理和分析,结果表明在平均车速72km/hr的条件下,半波长分辨率2km,自由空间重力异常内符合精度优于1mGal。     

自主导航技术发展现状与趋势

自主导航技术是各类运动载体自动化、智能化运行的核心技术。简要介绍了自主导航技术的基本概念,综述了国内外航天、航空、舰船、车辆、单兵等领域的自主导航技术研究进展,对于自主导航的关键技术如惯性导航、惯性基组合导航、地磁导航、重力梯度导航、天文导航和多源信息融合等技术发展现状进行了分析,对自主导航技术的发展趋势进行了展望。可为中国未来各类主流自主导航系统研制提供参考,并为多种自主导航任务的总体设计提供帮助。     

Effects of Geodetic Uncertainties on a Damped Inertial Navigation System

Gravity uncertainties are an inexorable source of error in all inertial navigation systems and are particularly important in high-quality inertial navigation systems. In this paper the steady-state rms errors that are excited in a damped inertial navigation system are analytically determined for four gravity uncertainty models and two vehicle maneuver models. The statistical approach used in this paper is compared with an alternate scheme (?direct simulation?) that does not require statistical models for gravity uncertainties.     

Prototype personal navigation system

Honeywell Laboratories recently funded the development of a prototype personal navigation system based on MEMS technologies. The system components include a MEMS inertial measurement unit, a three-axis magnetometer, a barometric pressure sensor, and a SAASM GPS receiver. The system also uses Honeywell's human motion-based pedometry algorithm. The navigation process is based on a strap-down inertial navigator aided by feedback from a Kalman filter using typical measurements from the GPS, magnetometer and barometer when available. A key innovation is the addition of an independent measurement of distance traveled based on the use of a human motion algorithm. The navigation system combines the best features of dead reckoning and inertial navigation, resulting in positioning performance exceeding that achieved with either method alone. Subsequent to the Honeywell effort, DARPA funded an individual Personal Inertial Navigation System (iPINS) seedling program. Honeywell worked to improve the baseline personal navigation system with the objective of demonstrating the feasibility of reliably achieving navigation accuracy < 1 % of distance traveled in GPS-denied scenarios. In addition, an analysis was conducted to determine the benefit of incorporating terrain correlation into the personal navigation system. The results of this analysis indicate that overall navigation accuracy can be significantly improved through the application of terrain correlation. This presents an are presented. In addition, conclusions from the terrain correlation analysis conducted under the iPINS seedling program are included.     

速率方位平台与激光捷联惯导车载重力测量比较

目前,成熟应用的航空重力测量系统主要为两轴阻尼平台,例如LaCoste&Romberg海空重力仪,以及三轴惯导平台,例如GT-1A航空重力仪和AirGrav航空重力仪。虽然捷联式航空重力仪研制及应用尚未成熟,但通过本文对自主研制的激光捷联式与速率方位平台式航空重力仪进行的车载重力测量试验表明,两种类型重力仪样机获得的自由空间重力异常精度相当。