美俄水下重力辅助惯性导航技术发展分析与思考

中国水下重力辅助惯性导航技术发展正处于关键期,面临诸多困难和挑战,既有研究思路上的认知问题,又有核心技术上的“卡脖子”难题,需要人们集中智慧、创新思维,寻找破解这些难题的办法。首先将重力辅助导航技术的内涵明确定义为重力补偿和重力修正两类辅助导航技术的统称,分析评述了美俄两国在这个研究领域的发展方略、规划布局、发展思路、研发路径、创新成果、测试应用及一些值得关注的发展动向,总结归纳了两国研发历程不同阶段的技术特征和成功经验,对照分析了中国研究进程与两国的差异和差距,依据中国国情提出了5个方面的对策和建议,涉及研究思路、研发重点和优先事项安排等方向性议题,旨在抛砖引玉、深入交流、达成共识,为决策部门部署下一步工作提供参考。

水下运载体重力辅助惯性导航系统仿真平台

重力辅助惯性导航系统(GAINS)是未来水下无源导航的重要形式之一。为了调试和验证这种新的水下导航系统,开发了水下运载体导航系统仿真平台。提出了仿真平台总体结构;描述了仿真平台中运动载体模块、惯导模块以及重力测量模块的数学模型和仿真算法;对重力匹配算法也作了相应介绍;最后对仿真平台进行了仿真联调。结果表明,该仿真平台的结构合理可靠,各子系统采用的数学模型和仿真算法正确可信。

基于原子干涉技术的水下重力辅助导航研究展望

重力辅助惯性导航是当前水下潜航器导航定位研究的热点和前沿问题,有望成为下一代水下高精度导航系统发展的重要方向。首先,介绍了水下重力信息对于校正惯导系统误差的重要性,阐述了水下重力辅助惯性导航的基本原理与技术内涵;然后,从无图匹配、有图匹配等不同发展阶段,总结了基于传统相对重力仪的水下重力辅助导航的研究现状及发展趋势;进一步分析了下一代水下自主导航系统对高精度绝对重力测量技术的需求,梳理并讨论了基于原子干涉重力测量技术的最新发展及应用状况,展望了原子干涉重力测量技术在水下惯性导航领域的应用前景并总结了仍需解决的关键技术;最后,给出了我国重力辅助导航研究存在的不足及发展建议。

水下重力辅助导航中重力测量误差改正研究

重力辅助惯性导航系统是未来水下载体导航的重要方式,实时提供重力测量数据是实现水下载体重力辅助导航的关键技术之一.详细探讨了水下载体重力观测数据的厄特弗斯改正和水平扰动加速度改正的数学模型,通过仿真计算分析了载体的位置、航向角和速度误差对厄特弗斯改正精度的影响.仿真结果表明,航向角误差和速度误差对厄特弗斯改正的影响较大;当V=8节、φ=30°时,载体向北航行时,0.5°的航向角误差造成的厄特弗斯改正误差约0.5mGal,载体向东航行时,0.1节的速度误差造成的厄特弗斯改正误差约0.6mGal;要保证厄特弗斯改正精度在±1mGal以内,则要求航向角误差在±1°以内,且航速测量误差在±0.1节以内.

基于H∞滤波技术的重力辅助导航仿真研究

因无法对系统模型和噪声模型精确建模导致Kalman滤波器精度较低或发散问题,本文将H∞滤波理论引入重力仪/INS组合导航系统。文中首先给出了最优H∞范数的计算方法,解决了过去根据经验或多次试验确定该值的问题。组合导航系统包含位置、速度和姿态9维状态误差,利用重力仪实测重力异常与INS指示位置地图重力异常值之差作为观测信息对系统进行H∞滤波。仿真实验表明,该方法可极大地改善组合导航系统的鲁棒性和可靠性,明显提高系统的导航精度,减小滤波系统的阶次,加快对系统状态的滤波估计,对工程实际应用具有重要意义。

重力图形匹配技术在水下导航中的应用

以国外有关文献为依据,对重力图形匹配技术的基本原理和关键技术进行了分析,介绍了重力图形匹配技术应用于水下导航的研究现状,探讨了未来的发展方向,为国内相关领域的研究人员提供参考。

基于水下重力差异熵的导航匹配算法仿真研究

介绍了重力辅助导航发展概况,阐述了采用地球物理特征的重力差异熵方法进行水下重力辅助导航算法设计及仿真实验方法研究。该算法基本思想是在导航匹配算法中,将信息熵引入自主水下运动载体(autonomous underwater vehicles,AUV)重力辅助导航,在重力数据库研究的基础上,通过模板重力图与实时重力图的信息量差异以及模板重力梯度图差异,修正水下惯性导航系统(inertial navigation system,INS)的误差。仿真实验结果表明,利用重力差异熵辅助INS导航,能够获得高精度的导航信息。因此,基于水下重力差异熵的辅助导航,可实现AUV长航时隐蔽的高精度导航。

利用重力异常匹配技术实现潜艇导航

潜艇的惯性导航误差是随时间积累的,利用重力异常数据进行辅助导航可以对惯性导航的漂移误差进行校正.首先利用2′×2′重力异常数据库作为基础信息,结合Kalman滤波算法对某区域进行了模拟计算,模拟过程采用了增益系数和信息更新序列的新方法进行Kalman滤波的处理,结果表明在重力异常变化幅度较大的地区,重力异常可以进行潜艇的辅助导航.

声纳技术在海底地形辅助导航中的应用

精确导航是潜艇和其它水下航行器长距离水下安全航行的基本保障。目前,潜艇常用的船位推测法、惯性导航系统都存在定位误差随时间积累的特性。因此,必须定期地用外部信息对其进行校准。提出采用多波束声纳实时获取海底地形再与海底地形数据库的地形数据进行相关匹配,并通过小波快速迭代求精匹配算法,得到当前潜艇位置信息,将其作为参考点对惯性导航系统误差进行修正。实验结果显示,海底地形辅助导航匹配速度快,使导航精度明显提高。

水下运载体基于INS的重力数据实时修正

认为水下运动载体的重力辅助惯性导航系统中,其重力数据采集系统为满足导航的需要,必须对重力数据进行实时补偿修正.分析了水下重力测量系统的各种干扰源及其信号特征.在没有高精度导航定位手段(如GPS)的情况下,研究并提出直接利用惯性导航系统的输出数据对水平加速度和E tv s等外部干扰进行修正的方法.

海洋重力匹配定位技术的发展和应用

以国外有关文献为依据，对重力匹配定位技术的基本原理和关键技术进行了分析，介绍了重力匹配定位技术国内外发展和应用现状，探讨了该技术的未来发展趋势，为国内相关领域的研究人员提供一定的参考。

海洋重力场空间特征描述方法研究

重力匹配辅助惯性导航中,需要通过分析重力基准图的特征而有效提取出重力场可匹配区域,以提高重力匹配导航系统的可用性和匹配速度。本文通过定义重力场特征指标的方法,定量表示重力场的空间特征,实现对重力场可匹配区域的提取。实验表明,该方法简单有效,具有实用价值。