基于重力梯度的水下导航系统仿真

论文摘要

潜艇要在水下进行长时间隐蔽的航行,需要一种精确的,无源的,自主导航系统。惯性导航系统是一种比较符合潜艇导航需求的导航系统,但是由于其本质是一种推算定位的导航方法,误差随着时间积累的,长时间工作则需要通过定期校正来保证导航精度。通常的做法是以惯性导航系统为主,以其他导航方法为辅助,定期对INS的误差进行修正。由于重力梯度的测量不需要接收外部信息,也不向外辐射信息,重力梯度长期稳定,不易被干扰,因此基于重力梯度的水下导航方法是一种高精度的无源自主导航方法,最大程度保证了潜艇的隐蔽性和自主性,具有十分重要的现实意义。基于重力梯度的水下导航系统可分为重力梯度基准图,重力梯度传感器及导航算法等部分。本文主要针对基准图及导航算法这两个方面进行了探讨,其具体内容如下:首先,对重力梯度基准图制备技术的研究现状进行了总结分析,深入讨论了密度因素对重力梯度基准图精度影响,并在此基础上讨论了地壳均衡因素对重力梯度基准图的影响,并提出了基于地壳均衡模型改进的重力梯度基准图制备方法。其次,分析了目前常用的基于重力或重力梯度的导航方法,并提出了一种融合的重力梯度水下导航定位方法。然后,基于C++语言和三维图形接口OpenGL实现了一套基于重力梯度的水下导航仿真系统,可以演示基于地球物理场的水下导航系统的全过程。最后,对全文的工作进行了总结并指出了进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 重力梯度导航的基本原理
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本论文的内容安排
• 2 基于地壳均衡模型改进的重力梯度基准图制备方法
• 2.1 基于DEM 的重力梯度基准图制备算法
• 2.2 密度对重力梯度基准图制备的影响
• 2.3 基于地壳均衡模型改进的基准图制备方法
• 2.4 本章小结
• 3 重力梯度融合导航定位方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 融合方案设计
• 3.3 算法设计
• 3.4 实验结果与评价
• 3.5 本章小结
• 4 基于地球物理场的水下导航仿真平台
• 4.1 系统设计
• 4.2 系统实现
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 进一步研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表的论文目录