重力異常補償機理及重力輔助導航技術研究

《重力異常補償機理及重力輔助導航技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由王省書擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：重力異常補償機理及重力輔助導航技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王省書
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

重力輔助導航技術以其無源導航的特點成為下一代艦艇高精度導航系統的發展方向。本項目主要研究重力異常測量信息與高精度雷射陀螺捷聯慣導系統的輸出位置信息直接融合的重力匹配導航算法並完成相關試驗驗證，算法中包括重力測量值的獲取、重力電子圖的構建和直接融合算法等三部分，擬達到信息融合後的輸出位置精度比純慣導狀態下提高50%以上。本項目主要研究內容：（1）全球重力異常的分布特徵及對捷聯慣導系統精度的影響；（2）重力異常測量信息與高精度雷射陀螺捷聯慣性導航系統的輸出位置信息直接融合的重力匹配導航算法；（3）研究粒子濾波等非線性濾波方法在重力匹配導航算法中的套用。本項目的特色是將傳統的相關匹配算法與直接融合算法相結合，提高系統識別虛假位置的能力；結合高精度雷射陀螺SINS/GPS組合導航系統進行海上試驗，驗證算法的可行性和有效性。該研究可為重力輔助導航技術在海洋船舶、水下潛艇的實用化開闢廣闊的套用前景。

結題摘要

隨著高精度慣性導航技術的發展，重力擾動誤差成為影響慣性導航系統精度提高的最主要的誤差源之一，因此有必要對重力擾動引起的誤差進行補償。另一方面，純慣導系統的誤差隨時間積累，須定期引入外部信息對系統進行重調，重力場輔助慣性導航因其無源、隱蔽、全天候、抗干擾等優良特性，特別適用於軍事領域。基於此，本項目重點圍繞重力異常補償機理和重力輔助導航技術兩個部分展開研究。項目從地球重力場的物理概念出發，對用於慣性導航解算的全球重力位模型的誤差特性展開分析，通過慣導系統誤差微分方程分析重力誤差對捷聯慣導系統及GNSS/SINS組合導航系統的影響。在此基礎上提出一種重力誤差的線上估計補償算法，將重力擾動誤差在高頻和低頻區域內分別進行補償，抑制重力擾動模型與低頻姿態誤差的耦合，有效地解決了全球重力模型精度和解析度不足的問題，提高姿態測量精度。深入研究了基於CKF的重力異常輔助導航技術，採用二階加權Coons曲面擬合方法對重力地圖進行加密，在此基礎上利用非線性Kalman濾波實現了無源重力信息與慣性信息的融合。以課題組研製的高精度雷射陀螺捷聯慣導系統為實驗平台和參照對象，通過在某試驗艦上的近海搭載試驗對重力輔助導航算法進行了半實物仿真試驗驗證，試驗結果表明採用重力匹配導航算法後的定位精度顯著高於雷射陀螺捷聯慣導系統的定位精度，達到了本項目研究所要求的技術指標。