[发明专利]一种重力辅助惯性导航适配区的选择方法有效

专利信息
申请号: 201510300526.6 申请日: 2015-06-03
公开(公告)号: CN105021182B 公开(公告)日: 2018-04-24
发明(设计)人: 王博;朱宇炜;邓志红;肖烜 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: G01C21/00 分类号: G01C21/00
代理公司: 北京理工大学专利中心11120 代理人: 仇蕾安
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 重力 辅助 惯性 导航 适配区 选择 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种重力辅助惯性导航适配区的选择方法,属于重力辅助惯性导航系统航迹规划领域。

背景技术

水下载体最常用的导航方式是惯性导航,惯导本质上是利用加速度信息不断积分求取速度、位置信息,其定位误差会随时间积累,目前常用重力场来辅助惯导进行位置校正。由于重力场是一个缓变的随机物理场,只有在变化显著的区域才能有效的辅助惯导进行位置校正,在重力变化不显著的区域匹配效果较差,甚至会出现发散的现象,因此需要在载体航行区域内选出重力变化明显的区域作为适配区,在适配区以外区域的航线上只用惯导系统进行导航,在适配区内的航线上则用重力导航系统来校正惯导位置。

目前已经有SPSS分析法、参数阈值法、层次分析法、拐点判据法等适配区选择方法,SPSS分析法通过对重力数据进行回归分析,得到适配区的回归函数关系式,以此作为判断准则对重力匹配区域进行选择;参数阈值法以重力场标准差和经纬度相关系数作为适配区选择的数量指标,给出了重力适配区经验选择准则;层次分析法通过对地球重力场的各种特征参数进行归一化处理并且分类统计分析的基础上运用层次分析法将重力场的局部标准差、经度方向粗糙度、纬度方向粗糙度、经度方向坡度,相关系数进行组合,给出重力场适配区选择准则;拐点判据法通过运用拐点选择和拐点扩充机制,对重力场特征曲线拐点进行选择和扩充,得到重力有效匹配区域。

在实际导航过程中,载体由于起点和终点的不同进入适配区的位置及航行路线也不同,若载体在适配区内途径的航线无法获得理想的匹配效果,则适配区的选择就失去了意义,目前所给出的适配区选择方案中并没有给出一种结合载体航线的适配区选择方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术存在的不足,提出一种重力辅助惯性导航适配区的选择方法,解决了传统的适配区选取方法忽略了适配区方向性的技术问题。

本发明的基本原理是:通过将载体的航行区域分为若干个子区域,在每个子区域上对重力异常数据进行分类统计分析,分别得出各个子区域的重力异常三维曲面等方性系数、重力异常变异系数、重力异常偏态系数、重力异常峰态系数,根据各个参数与重力异常概率分布的关系,构建综合特征参数表达式,从而对适配区进行选择。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种重力辅助惯性导航适配区的选择方法,其特征在于:包括如下步骤:

步骤一、将航行区域分为若干个子区域,分析每个子区域的等方性;

进一步地,对于重力异常序列三维曲面轮廓的表征,分形维数为D的W-M函数形式如下:

g(x,y)为重力异常数据;D为分形维数;G为特征尺度系数;γ为大于1的常数,γn为随机过程的空间频率;n1与地形表面轮廓的最低截断频率相对应。

进一步地,对于近似服从正态分布的重力异常三维曲面,γ取1.5。

(1)式的连续功率谱函数为

其中ω为频率,重力异常曲面是一个三维均匀的随机表面,γ阶轮廓谱距mr和表面谱距mγ-q,q(q=0,1…γ)定义分别如下:

其中Q(ω12)为重力异常轮廓的二元频谱函数,根据Longuet-Higgins等式,设定一个参考方向x,与参考方向成θ角方向上的γ阶轮廓谱距mr与表面谱距mr-q,q有如下关系:

由(5)式推出在θ方向上轮廓的二阶谱距m2(θ)为

m2(θ)=m20cos2θ+2m11cosθsinθ+m02sin2θ(6)

根据(6)式可得,分别在三个方向上测量重力异常数据,求得重力异常序列轮廓表面的二阶谱距,通过(7)式即求得重力异常序列的表面谱距;

其中θ1,θ2,θ3为任选的与参考方向成一定夹角的三个方向,表面谱距m20和m02为相互垂直的两个方向上的斜率方差,而m11为两个方向上的协方差;

采用下式评定各向异性表面的等方性系数△:

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