水下重力梯度导航关键技术研究

论文摘要

海底深处缺少声、光、电等信息,非传统的无源导航方式是水下载体导航技术的发展趋势。重力梯度具有比重力本身更高的分辨率,且同一地理位置有多个分量,保证了基于重力梯度导航方法的可行性和可靠性。其中,水下重力梯度导航技术不依赖于外部信息,不需要任何发射源,也不向外部辐射能量,是一种无源、完全自主的导航方式,工作安全、隐蔽。高分辨率的重力梯度基准图库、高精度的重力梯度测量工具,以及高效的重力梯度图形匹配算法是水下重力梯度导航系统的三大关键技术。本文首先基于全球重力梯度球谐模型及地形高程-重力梯度正演基本原理对重力梯度基准图制备技术进行了研究。提出了一种基于地形高程正演重力梯度的基准图制备方法。运用该方法可以通过高分辨率地形高程数据来正演重力梯度,从而得到满足导航精度需求的重力梯度基准图。完善了旋转加速度计重力梯度仪数学模型并仿真实现,通过实验证明了各误差参数对测量精度的影响。最后,分析了MAD、MSD、NCC、NCCDM算法及轮廓长度的选取对重力梯度图匹配概率的影响,探讨了GEOCOM算法在重力梯度导航系统中的应用。本文提出的地形高程图-重力梯度图高效转化算法,分析得到的旋转加速度计重力梯度仪测量误差影响因素,以及对重力梯度图形匹配技术的初步研究,对水下重力梯度导航系统的应用具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 重力梯度导航
• 1.2 论文主要工作及安排
• 2 重力梯度基准图制备技术研究
• 2.1 基于球谐模型的基准图制备技术
• 2.2 基于地形高程正演的基准图制备技术
• 2.3 本章小结
• 3 旋转加速度计重力梯度仪建模和仿真
• 3.1 梯度测量系统
• 3.2 建模与仿真
• 3.3 误差参数分析及应用
• 3.4 本章小结
• 4 基于重力梯度的匹配技术研究
• 4.1 GEOCOM 算法的基本原理
• 4.2 GEOCOM 算法的关键参数
• 4.3 基于GEOCOM 算法的重力梯度匹配
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献