基于重力灯塔导航的水下重力匹配导航算法

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作者 肖云 张锦柏 +3 位作者 陈垲宁 孙玮萱 洪晓东 曹杰 《中国惯性技术学报》 北大核心 2025年第7期663-671,共9页

重力匹配导航是水下长时间、自主、静默、精确导航的关键技术之一,但由于其在重力特征不显著海域易出现误匹配,制约了在水下实际场景的有效应用。针对此问题,提出了一种基于重力灯塔导航的匹配方法,联合优良适配区筛选策略与重力二维图... 重力匹配导航是水下长时间、自主、静默、精确导航的关键技术之一,但由于其在重力特征不显著海域易出现误匹配,制约了在水下实际场景的有效应用。针对此问题,提出了一种基于重力灯塔导航的匹配方法,联合优良适配区筛选策略与重力二维图像匹配算法,实现高精度重力灯塔导航,数值仿真验证了所提方法可提升匹配导航精度。数值仿真结果表明,重力灯塔导航在实验区选出优良适配区,显著增强导航过程中重力特征信息的利用,降低误匹配风险,导航精度提升了70%,可显著校正惯导漂移误差。 展开更多

关键词 水下导航 重力匹配导航 惯性导航 重力特征参数 适配区

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基于抗差自适应CKF的水下重力匹配导航SITAN算法 被引量：1

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作者 付林威 赵东明 +1 位作者 范雕 付林 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2024年第2期5-8,26,共5页

为提高水下重力匹配算法的定位精度和稳健性,将容积卡尔曼滤波应用到水下重力匹配惯性导航中,同时引入抗差估计和自适应因子,提出了基于抗差自适应容积卡尔曼滤波的水下重力匹配导航SITAN算法。利用重力异常模型数据开展仿真实验,结果表... 为提高水下重力匹配算法的定位精度和稳健性,将容积卡尔曼滤波应用到水下重力匹配惯性导航中,同时引入抗差估计和自适应因子,提出了基于抗差自适应容积卡尔曼滤波的水下重力匹配导航SITAN算法。利用重力异常模型数据开展仿真实验,结果表明,所提算法能有效修正惯导整体航迹,在观测值未加入粗差的情况下较普通容积卡尔曼滤波算法提高了76%的导航定位精度,在观测值加入30 mGal粗差的情况下,提高了88%的导航定位精度。该研究成果可为后续水下重力匹配导航算法的理论研究及工程实践提供一定的数据支撑。 展开更多

关键词 水下重力匹配导航 容积卡尔曼滤波 抗差估计 自适应因子 SITAN算法

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基于新型分层邻域阈值搜索法提高水下潜器重力匹配导航的匹配效率 被引量：12

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作者 李钊伟 郑伟 +1 位作者 吴凡 房静 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2405-2416,共12页

本文开展了水下潜器重力匹配导航的匹配效率改善研究.第一,为克服传统TERCOM算法逐点遍历搜索效率较低的缺点,提出新型分层邻域阈值搜索法.其原理如下:首先,利用4格网间隔数进行粗搜索匹配;其次,为提高初始匹配点的选取标准设置4mGal阈... 本文开展了水下潜器重力匹配导航的匹配效率改善研究.第一,为克服传统TERCOM算法逐点遍历搜索效率较低的缺点,提出新型分层邻域阈值搜索法.其原理如下:首先,利用4格网间隔数进行粗搜索匹配;其次,为提高初始匹配点的选取标准设置4mGal阈值(基准图上重力值与实测重力值之差),对选取的若干粗搜索行最佳匹配点周围24邻域点进行取舍并匹配比较;最后,获得搜索范围内最佳匹配点.第二,综合考虑了重力场标准差、峰度系数、坡度标准差、粗糙度、信息熵等重力场主要特征参数,将其作为适配区优劣的分析依据.第三,在适配性良好的区域内,在保证水下导航精度的前提下,基于分层邻域阈值搜索法,以本文参数设置为例,水下潜器重力匹配导航的匹配效率提高约14.14倍. 展开更多

关键词 分层邻域阈值搜索法 水下重力匹配导航 匹配效率 海洋重力基准图

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基于新一代GNSS-R星座海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展 被引量：5

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作者 郑伟 李钊伟 吴凡 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第36期21-36,共16页

紧跟国际卫星测高反演和水下组合导航的最新热点,以满足中国迫切提出的科学和国防需求为导向,介绍了基于GNSS-R卫星海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展。第一,介绍了GNSS-R测高精度研究进展、GNSS-R测高沿轨迹空间分辨... 紧跟国际卫星测高反演和水下组合导航的最新热点,以满足中国迫切提出的科学和国防需求为导向,介绍了基于GNSS-R卫星海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展。第一,介绍了GNSS-R测高精度研究进展、GNSS-R测高沿轨迹空间分辨率研究进展、GNSS-R反射点轨迹间空间分辨率研究进展、基于卫星测高反演海洋重力场研究进展、水下重力匹配导航研究进展等。第二,在GNSS-R海面测高方面,提出了新型大地水准面静态高程镜面反射点修正定位法、海洋潮汐时变高程镜面反射点修正定位法、法向投影镜面反射点修正定位法、GNSS-R星载下视天线接收信噪比模型构建法、GNSS-R星载下视天线可用镜面反射点筛选算法等,旨在提高卫星测高精度和空间分辨率;在水下重力匹配导航方面,提出了新型主成分加权平均归一化法、测地线周期性航向控制法、分层邻域阈值搜索法、先验递推迭代最小二乘误匹配修正法等,旨在提高水下重力匹配导航精度、匹配效率及可靠性。第三,预期提出新型二阶不动点时延提取法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高精度;预期提出新型反射信号分解法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高沿轨迹空间分辨率;预期提出新型海面粗糙度误差校正法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高轨迹间空间分辨率;预期提出新型正则化稳健算法,旨在提高海洋重力场反演精度和空间分辨率;预期融合星载GNSS-R模拟测高数据、岸/空基GNSS-R验证测高数据等多源信息,联合几何配准收敛速度快和直接概率准则定位精度高的优点,构建新型几何配准-直接概率准则混合法,旨在提高水下惯性/重力组合导航精度和速度。 展开更多

关键词 GNSS-R卫星测高精度 GNSS-R沿轨迹分辨率 GNSS-R轨迹间分辨率 海洋重力场反演精度和分辨率 水下重力匹配导航精度和效率

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基于新型主成分加权平均归一化法优选水下重力匹配导航适配区 被引量：16

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作者 李钊伟 郑伟 +1 位作者 房静 吴凡 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期3269-3278,共10页

本文开展了水下潜器重力匹配导航的匹配区适配性评价研究.第一,本文综合考虑了重力异常标准差、坡度标准差、粗糙度、重力异常差异熵、分形维数等重力场主要特征参数,联合主成分分析准则和加权平均原理,提出了新型主成分加权平均归一化... 本文开展了水下潜器重力匹配导航的匹配区适配性评价研究.第一,本文综合考虑了重力异常标准差、坡度标准差、粗糙度、重力异常差异熵、分形维数等重力场主要特征参数,联合主成分分析准则和加权平均原理,提出了新型主成分加权平均归一化法;第二,基于新型主成分加权平均归一化法,计算可评价重力异常基准图各区域匹配效果的总体特征参数指标,依据总体特征参数指标进行优良适配区、一般适配区和非适配区划分;第三,在相同条件下,在划分的优良适配区、一般适配区和非适配区内,分别进行重力匹配数值模拟验证比较,结果表明,优良适配区的重力匹配效果显著,匹配概率约为98%,匹配稳定性高,位置误差小于1个重力异常基准图格网. 展开更多

关键词 主成分加权平均归一化法 水下重力匹配导航 重力适配性 海洋重力异常总体特征参数指标

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重力图形匹配技术在水下导航中的应用 被引量：41

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作者 袁书明 孙枫 +1 位作者 刘光军 陈晶 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2004年第2期13-17,共5页

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。

关键词 重力图形匹配技术 水下导航 惯性导航系统 海洋重力数据库 海洋重力传感器

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潜器水下重力匹配导航研究进展 被引量：6

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作者 郑伟 付腾达 +2 位作者 李钊伟 祝会忠 徐爱功 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第18期7721-7734,共14页

由于水下重力匹配导航是提高潜器水下导航精度的重要手段,因此对海洋重力场、重力仪、重力梯度仪的研究进展进行综述。首先,总结了海洋重力场中外研究进展,回顾了SS系列、KMS-DNSC-DTU系列全球重力场模型的发展历程;其次,重点介绍了重力... 由于水下重力匹配导航是提高潜器水下导航精度的重要手段,因此对海洋重力场、重力仪、重力梯度仪的研究进展进行综述。首先,总结了海洋重力场中外研究进展,回顾了SS系列、KMS-DNSC-DTU系列全球重力场模型的发展历程;其次,重点介绍了重力仪/重力梯度仪种类、精度水平、中外研究进展,列出了不同类型重力仪/重力梯度仪的代表型号;最后,简述了钱学森空间技术实验室天空海一体化导航与探测团队阶段性研究成果。 展开更多

关键词 水下组合导航 重力匹配算法 海洋重力场 重力仪 重力梯度仪

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重力匹配导航的影响模式分析 被引量：12

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作者 吴太旗 欧阳永忠 +2 位作者 陆秀平 黄谟涛 马福诚 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期559-564,共6页

从重力场匹配导航的改进TERCOM算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统分析,并在此基础上利用海洋年度重力测量数据设计了准实时仿真试验,结果表明：（1）采样长度对匹配结果有重要的影响,采样长... 从重力场匹配导航的改进TERCOM算法入手,针对采样长度、采样间隔以及重力测量误差对匹配结果的影响进行了系统分析,并在此基础上利用海洋年度重力测量数据设计了准实时仿真试验,结果表明：（1）采样长度对匹配结果有重要的影响,采样长度与重力基准图的分辨率比值在10~20之间时,能够获得较好的匹配效果;（2）适当增加采样间隔可以在一定程度上提高匹配的整体精度,但增加了匹配失效的风险,实际应用中采样间隔以2~4 min为宜;（3）重力测量白噪声误差对匹配结果影响相对较大,过大的误差将不能得到有效匹配,水下重力测量误差最好能控制在2 mGal以内。 展开更多

关键词 无源导航 水下导航 重力场匹配 改进TERCOM算法

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重力异常匹配辅助导航解算模型的优化 被引量：11

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作者 戴全发 许大欣 +1 位作者 蔡小波 王勇 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2007年第4期31-34,共4页

重力匹配导航是目前水下惯性辅助导航的最佳解决方案之一,重力异常匹配是其中最重要的导航位置估算方式。由于正常重力与实际位置的相关性,实际进行的重力异常匹配不便于进行单纯的重力异常比较,为此设计了含有正常重力条件的重力匹配... 重力匹配导航是目前水下惯性辅助导航的最佳解决方案之一,重力异常匹配是其中最重要的导航位置估算方式。由于正常重力与实际位置的相关性,实际进行的重力异常匹配不便于进行单纯的重力异常比较,为此设计了含有正常重力条件的重力匹配模型。比较仿真试验显示改进后的算法模型在重力异常变化平缓区域具有更好的匹配效果。 展开更多

关键词 水下导航 重力匹配 正常重力 模型 优化

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天海一体化水下重力辅助导航研究进展 被引量：8

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作者 郑伟 李钊伟 吴凡 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期39-49,共11页

水下航行器精确导航在海洋利用和开发过程中发挥了重要作用。关于抑制水下导航误差随时间累积的问题,进行了详细阐述和分析:简述了惯性器件的发展历程;详细对比了各导航系统的优劣性,着重介绍了国内外重力辅助导航研究现状,分析了针对... 水下航行器精确导航在海洋利用和开发过程中发挥了重要作用。关于抑制水下导航误差随时间累积的问题,进行了详细阐述和分析:简述了惯性器件的发展历程;详细对比了各导航系统的优劣性,着重介绍了国内外重力辅助导航研究现状,分析了针对目前水下航行器高精度导航的需求,以及全球海洋重力基准图空间分辨率不足的科学难题;提出了通过GNSS-R测高星座获得高空间分辨率和高精度全球海洋重力基准图的思路及技术路线,以期提高水下重力辅助导航精度。 展开更多

关键词 水下导航 重力辅助导航 全球海洋重力场基准图 GNSS-R海面测高 匹配导航算法

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重力场辅助水下导航仿真及分析平台的构建 被引量：2

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作者 吴太旗 欧阳永忠 边少锋 《舰船科学技术》 2009年第2期124-128,共5页

基于Simulink工具对重力场辅助水下导航仿真及分析平台进行了详细设计,并对平台各模块的原理、建立过程和细节进行了详细介绍,形成了从基础重力格网数据库构建、匹配算法设计到最终性能评估的完整的重力场辅助水下导航仿真体系。该平台... 基于Simulink工具对重力场辅助水下导航仿真及分析平台进行了详细设计,并对平台各模块的原理、建立过程和细节进行了详细介绍,形成了从基础重力格网数据库构建、匹配算法设计到最终性能评估的完整的重力场辅助水下导航仿真体系。该平台集成了现阶段比较优秀的重力场网格插值模型和匹配算法模型,只需要简单地对相应的算法Matlab函数进行修改就能方便地进行对比研究,是进行重力场匹配导航实验研究、演示验证的有力工具。 展开更多

关键词 自主水下航行器 重力辅助导航 SIMULINK 仿真平台 匹配算法

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层次分析的惯导/重力匹配导航系统性能评估方法 被引量：5

12

作者 陈晶 董铭涛 程建华 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第9期23-26,共4页

提出了基于层析分析法的系统精度性能评估方法。在分析惯导/重力匹配导航核心误差要素的基础上,建立了基于多层的系统结构体系描述;设计阈值和遍历相结合的系统性能分值确定方法,解决了传统层析分析法的权重模型描述和权重确定客观性问... 提出了基于层析分析法的系统精度性能评估方法。在分析惯导/重力匹配导航核心误差要素的基础上,建立了基于多层的系统结构体系描述;设计阈值和遍历相结合的系统性能分值确定方法,解决了传统层析分析法的权重模型描述和权重确定客观性问题。实例表明:精度性能评估方法是有效的,该方法为评估惯导/重力匹配导航系统性能,进而实现系统性能优化提供了参考,具有一定现实意义。 展开更多

关键词 惯导/重力匹配导航 性能评估 层次分析法 精度 阈值

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融合重力信息的优化A*算法航路规划

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作者 宗敬文 蔡鹏 +3 位作者 翟国君 朱海荣 陈成 潘瑞晨 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第4期1327-1334,共8页

重力匹配导航技术是一种水下无源导航定位手段,考虑到潜航器在航行时不能进行大角度转向或频繁转向,给出一种整体适配性较好的可导航区域航路规划算法,所提算法的目的在于使得规划路径一直位于重力可导航区域内。所提算法设计一种基于... 重力匹配导航技术是一种水下无源导航定位手段,考虑到潜航器在航行时不能进行大角度转向或频繁转向,给出一种整体适配性较好的可导航区域航路规划算法,所提算法的目的在于使得规划路径一直位于重力可导航区域内。所提算法设计一种基于方位角判断和障碍物分类的子节点优化方案,给出一种基于Floyd算法的路径双向平滑方法,优化引入重力复杂度权重的评价函数。实验结果表明,所提方法可以为潜航器提供安全、有效的规划航路。 展开更多

关键词 水下导航 重力匹配 航路规划 A*算法

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ICCP算法在重力匹配中的应用 被引量：4

14

作者 闫利 崔晨风 谢洪 《遥感信息》 CSCD 2009年第1期16-19,共4页

惯性导航误差是随时间积累的,利用重力匹配进行水下辅助导航,可以对惯性导航的漂移误差进行校正。本文主要研究ICCP算法在重力匹配辅助导航中的应用,通过理论分析和试验证明ICCP方法在初始位置误差不大的条件下,可以实现高精度的匹配,... 惯性导航误差是随时间积累的,利用重力匹配进行水下辅助导航,可以对惯性导航的漂移误差进行校正。本文主要研究ICCP算法在重力匹配辅助导航中的应用,通过理论分析和试验证明ICCP方法在初始位置误差不大的条件下,可以实现高精度的匹配,这种算法具有局部最优性。 展开更多

关键词 ICCP算法 重力匹配 水下辅助导航

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水下动态重力数据实时采集仿真技术研究 被引量：4

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作者 王傲明 李姗姗 +3 位作者 范雕 李新星 张驰 黄炎 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2022年第1期18-24,共7页

针对难以通过水下采集真实重力数据对重力辅助惯性导航关键技术、算法模型进行实验验证与优化,基于捷联惯导反演算法和重力动态测量原理,研究构建了捷联式与平台式水下航迹重力数据实时采集仿真系统,并采用两两采样点间的重力异常之差... 针对难以通过水下采集真实重力数据对重力辅助惯性导航关键技术、算法模型进行实验验证与优化,基于捷联惯导反演算法和重力动态测量原理,研究构建了捷联式与平台式水下航迹重力数据实时采集仿真系统,并采用两两采样点间的重力异常之差作为新的匹配量以提高匹配量精度。依据现有器件水平,设置陀螺仪随机常值漂移为0.002°/h,加速度计随机常值偏值为10 ug,设置采样间隔为180 s、240 s和300 s进行仿真实验。实验结果表明,在相同器件水平下,重力异常之差匹配量的精度明显优于绝对重力异常匹配量,满足高精度匹配导航匹配量中误差小于2 mGal的要求。研究成果可为在实验室环境下进行水下重力匹配导航的理论研究和模型验证工作,提供与实际航迹采集相符且具有一定物理意义的数据支撑。 展开更多

关键词 重力匹配导航 动态重力测量 捷联惯导反演算法 相对重力异常 水下航迹发生器 重力数据采集发生器

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重力辅助导航仿真及适配性分析 被引量：1

16

作者 王艳杰 王虎彪 王勇 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2016年第10期58-60,共3页

重力场辅助导航是抑制惯性导航系统随时间误差累积的有效方法之一。本文引入重力异常可导航值作为描述重力异常背景场的特征之一,并计算了西太平洋海域1'×1'重力异常可导航值。为了分析重力异常背景场的适配性,选取了4条... 重力场辅助导航是抑制惯性导航系统随时间误差累积的有效方法之一。本文引入重力异常可导航值作为描述重力异常背景场的特征之一,并计算了西太平洋海域1'×1'重力异常可导航值。为了分析重力异常背景场的适配性,选取了4条代表性航线并基于ICCP算法进行了仿真,并对仿真结果作了统计分析。统计结果表明,匹配区域的可导航值越大,适配性能越好,其中在可导航值均值大于20的航线上,匹配成功率大于80%,且匹配精度优于2 nmile。 展开更多

关键词 重力辅助导航 可导航值 ICCP算法 适配性 匹配精度

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一种动态序列重力匹配算法

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作者 徐孝萍 蔡体菁 倪江生 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第2期209-212,共4页

由于重力异常具有随机性,导致序列重力匹配算法精度受到匹配轨迹起始点位置的影响,因此,该文提出了一种动态序列重力匹配算法。该算法通过对构建多起点匹配轨迹序列,动态选择起始点,构建匹配轨迹序列,通过相关极值法提高重力匹配精度。... 由于重力异常具有随机性,导致序列重力匹配算法精度受到匹配轨迹起始点位置的影响,因此,该文提出了一种动态序列重力匹配算法。该算法通过对构建多起点匹配轨迹序列,动态选择起始点,构建匹配轨迹序列,通过相关极值法提高重力匹配精度。结果表明,动态序列重力匹配算法重力匹配精度高,实时性好,能为水下载体长时间航行提供导航信息。 展开更多

关键词 重力匹配 相关极值 水下导航

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