[发明专利]一种基于惯性导航与重力梯度灯塔的潜器导航方法及系统

权利要求书

1.一种基于惯性导航与重力梯度灯塔的潜器导航方法，其特征在于，包括：

根据惯性导航系统的输出结果确定当前时刻水下潜器的初步位置信息；

根据所述初步位置信息和重力灯塔的参数，确定重力梯度背景场的搜索区域；

获取所述搜索区域内每个格网点的重力梯度值信息；

获取所述水下潜器的实测重力梯度值；

采用归一化积相关函数计算所述实测重力梯度值与每个格网点的重力梯度值信息之间的相似度；

根据所述搜索区域内相似度的总体标准差确定相似度阈值；

筛选相似度值大于所述相似度阈值的多个格网点，得到备选格网点集合；

根据所述惯性导航系统预测下一时刻所述水下潜器的位置坐标；

将所述备选格网点集合中与所述下一时刻所述水下潜器的位置坐标平面距离最近的格网点的位置确定为当前时刻所述水下潜器的最终位置；

所述根据所述初步位置信息和所述重力灯塔的参数，确定重力梯度背景场的搜索区域，具体包括：

获取所述重力灯塔的形态参数；所述形态参数包括重力灯塔外切椭圆的长轴长度、短轴长度和形态走向角度；

获取所述惯性导航系统中惯导的漂移率；

根据所述惯导的漂移率，利用公式PC＝t×ε计算所述惯导的位置偏差PC；其中，t表示惯导上一次校准后到此刻的航行时间，ε表示惯导的漂移率；

根据所述惯导的位置偏差和所述重力灯塔的形态参数，确定所述重力灯塔上方的搜索范围；所述重力灯塔上方的搜索范围为以所述初步位置信息为中心、宽为bcosα+2PC且高为acosα+2PC的矩形区域；其中，a为重力灯塔外切椭圆的长轴长度，b为短轴长度，α为形态走向角度；

根据所述重力灯塔上方的搜索范围，确定所述重力梯度背景场对应的搜索区域；

所述采用归一化积相关函数计算所述实测重力梯度值与每个格网点的重力梯度值信息之间的相似度，具体包括：

根据所述实测重力梯度值各个分量的均值和标准差，利用公式对所述实测重力梯度值的各个分量进行归一化；其中，g_i表示实测重力梯度值的第i个分量，i＝1,2,…,N，N表示实测重力梯度值的数据维度，表示实测重力梯度值的第i个分量的归一化值，μ(g)表示实测重力梯度值所有分量的均值，δ(g)表示实测重力梯度值所有分量的标准差；

根据每个格网点的重力梯度值信息各个分量的均值和标准差，利用公式对每个格网点的重力梯度值信息的各个分量进行归一化；其中，G_ji表示第j个格网点的重力梯度值信息的第i个分量，i＝1,2,…,N，N表示实测重力梯度值的数据维度，表示第j个格网点的重力梯度值信息的第i个分量的归一化值，μ(G_j)表示第j个格网点的重力梯度值信息所有分量的均值，δ(G_j)表示第j个格网点的重力梯度值信息所有分量的标准差；

采用归一化积相关函数计算所述实测重力梯度值与每个格网点的重力梯度值信息之间的相似度；其中，NP_j为实测重力梯度值g与第j个格网点的重力梯度值信息G_j之间的相似度；G_ji为第j个格网点的重力梯度值的第i个分量。

2.根据权利要求1所述的基于惯性导航与重力梯度灯塔的潜器导航方法，其特征在于，所述根据所述搜索区域内相似度的总体标准差确定相似度阈值，具体包括：

获取初始阈值；

利用公式计算搜索区域内相似度的总体标准差σ；其中，n为所述搜索区域内格网点的数量，NP_j为实测重力梯度值与第j个格网点的重力梯度值信息之间的相似度，为实测重力梯度值与所有格网点的重力梯度值信息之间相似度的均值；

利用公式m＝1+[n·e^-σ]确定个数阈值m；

将所述实测重力梯度值与每个格网点的重力梯度值信息之间的相似度按照降序排序，得到相似度序列；

比较所述相似度序列中第m个相似度数值与初始阈值的大小；

若所述相似度序列中第m个相似度数值大于初始阈值，则将所述相似度序列中第m个相似度数值确定为相似度阈值；

若所述相似度序列中第m个相似度数值不大于初始阈值，则将确定为相似度阈值；其中，NP_m为相似度序列中第m个相似度数值，μ为初始阈值。