天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法和系统，其中，该方法基于分层邻域阈值搜索原理实现对水下潜器惯性/重力组合导航匹配效率的提高；该方法以较大网格间隔数进行粗搜索匹配，并设置阈值且对选取的每个粗搜索行最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得每个粗搜索行附近范围内临时最佳匹配点，最终对获取的所有临时最佳匹配点进行比较，进而得到整个搜索范围内最佳匹配点。该方法具有匹配效率快，定位精度高，计算机性能要求低等优点。

【技术实现步骤摘要】
天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法和系统
本专利技术属于航天和海洋
，尤其涉及一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法和系统。
技术介绍
天空海一体化海洋导航(融合天基、空基、海基等多源信息)是水下潜器导航系统发展的主要趋势。目前水下潜器导航系统主要为惯性导航系统(INS:InertialNavigationSystem)，可为水下潜器航行和武器系统精准打击提供有利条件，但INS系统存在误差随时间积累的缺点，因此需进行外部校正。迄今为止，将地球物理场与INS系统联合构成的无源辅助导航系统始终是有效抑制INS系统误差积累问题的国际研究热点。目前无源辅助导航技术主要包括：地磁匹配、地形匹配、重力匹配等。地磁场本身存在长期和短期变化，使地磁图精度达不到较高要求，且测磁技术存在磁干扰等局限性。地形研究开展较早，特别是陆地上的地形匹配导航技术已运用于飞行器导航，但水下地形匹配导航发展相对较晚。由于需要向外发射声波，而且声纳测量地形在海况复杂条件下无法精确探测到深海地形，因此目前水下地形匹配导航技术仅适用于浅海地区。然而，海洋重力匹配导航是根据地球不同位置重力差异实现导航定位，不需要水下潜器浮出或接近水面，测量时不向外辐射能量，且地球重力场在长时间内保持稳定，因此有望实现水下潜器精确、自主和连续长航时的定位。重力匹配技术实现的核心问题是解决高精度和高分辨率重力基准图、高精度重力测量系统、重力匹配定位算法等关键技术。自上世纪以来，众多学者先后提出了多种重力匹配算法，其中Tercom算法较为盛行。优点为计算简单可靠、定位精度较高等；缺点为采用全局遍历的搜索策略，运算量大，运算效率较低，且对载体航迹要求较高，当航向存在较大偏差时误差将急剧增大。因此，如何提高Tercom算法的定位精度和匹配效率是当前水下导航领域的研究热点。赵建虎等将基于Hausdorff距离的匹配准则引入Tercom算法中，提出通过增加旋转变化、自适应确定最佳旋转角、实现适配序列精匹配的思想和算法，进而有效提高了匹配导航精度和可靠性；闫利等基于Tercom算法开展重力匹配仿真模拟研究，并证明了地形粗糙度和坡度方差与Tercom算法的定位精度具有强相关性。综上所述，目前大部分学者主要围绕提高水下导航精度开展研究，而提高水下导航匹配效率方面研究相对较少。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法和系统，旨在克服传统Tercom算法逐点遍历搜索效率较低的缺点，提高天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航的匹配效率。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，包括：在确定的搜索范围内，以设定网格间隔数进行粗搜索匹配，得到粗搜索最佳匹配点；根据设置阈值，对粗搜索最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得各粗搜索最佳匹配点对应的粗搜索临时最佳匹配点；对各粗搜索临时最佳匹配点进行比较，得到整个搜索范围内的最佳匹配点；将所述最佳匹配点作为导航结果输出。在上述天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法中，还包括：确定当前时刻INS输出的位置信息，以及所述位置信息对应的INS估计误差；根据所述位置信息和所述位置信息对应的INS估计误差，在重力基准图中确定搜索范围。在上述天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法中，所述根据所述位置信息和所述位置信息对应的INS估计误差，在重力基准图中确定搜索范围，包括：以所述位置信息所指示的位置为圆心，以所述INS估计误差的倍数为半径，在重力基准图中确定搜索范围。在上述天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法中，所述重力基准图，包括：行和列；其中，行表示纬度，列表示经度。在上述天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法中，所述在确定的搜索范围内，以设定网格间隔数进行粗搜索匹配，得到粗搜索最佳匹配点，包括：在确定的搜索范围内，按照第一设定间隔，选择至少一个粗搜索行；按照地形轮廓匹配法，对各粗搜索行，按照第二设定间隔进行粗搜索，得到各粗搜索行的最佳匹配点。在上述天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法中，所述根据设置阈值，对粗搜索最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得各粗搜索最佳匹配点对应的粗搜索临时最佳匹配点，包括：根据设置阈值，对各粗搜索行的最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得每个粗搜索行附近范围内临时最佳匹配点，作为粗搜索临时最佳匹配点。相应的，本专利技术还公开了一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航系统，包括：粗搜索模块，用于在确定的搜索范围内，以设定网格间隔数进行粗搜索匹配，得到粗搜索最佳匹配点；筛选模块，用于根据设置阈值，对粗搜索最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得各粗搜索最佳匹配点对应的粗搜索临时最佳匹配点；比较模块，对各粗搜索临时最佳匹配点进行比较，得到整个搜索范围内的最佳匹配点；输出模块，用于将所述最佳匹配点作为导航结果输出。本专利技术具有以下优点：1)水下惯性/重力组合导航匹配效率快；2)水下重力匹配定位精度高；3)水下重力匹配导航可靠性高；4)水下重力匹配过程物理含义明确。附图说明图1是本专利技术实施例中一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法的步骤流程图；图2是本专利技术实施例中一种水下惯性/重力组合导航流程示意图；图3是本专利技术实施例中一种不同格网间隔数和邻域情况下算法定位精度和效率对比示意图；图4是本专利技术实施例中一种不同格网和邻域情况下算法统计信息分析示意图；其中，图3(a)表示3格网间隔数，图3(b)表示4格网间隔数，图3(c)表示5格网间隔数，图3(d)表示6格网间隔数；图4(a)表示平均定位精度对比，图4(b)表示定位精度标准差对比，图4(c)表示匹配重合率对比，图4(d)表示定位时间对比。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公开的实施方式作进一步详细描述。参照图1，示出了本专利技术实施例中一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法的步骤流程图。在本实施例中，所述天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，包括：步骤101，在确定的搜索范围内，以设定网格间隔数进行粗搜索匹配，得到粗搜索最佳匹配点。步骤102，根据设置阈值，对粗搜索最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得各粗搜索最佳匹配点对应的粗搜索临时最佳匹配点。步骤103，对各粗搜索临时最佳匹配点进行比较，得到整个搜索范围内的最佳匹配点。步骤104，将所述最佳匹配点作为导航结果输出。在本专利技术的一优选实施例中，在步骤101之前，所述天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，可以还包括：确定当前时刻INS输出的位置信息，以及所述位置信息对应的INS估计误差；根据所述位置信息和所述位置信息对应的INS估计误差，在重力基准图中确定搜索范围。其中，重力基准图，包括：行和列；行表示纬度，列表示经度。优选的，所述根据所述位置信息和所述位置信息对应的INS估计误差，在重力基准图中确定搜索范围，具体可以包括：以所述位置信息所指示的位置为圆心，以所述INS估计误差的倍数(如3倍的INS估计误差)为半径，在重力基准图中确定搜索范围。其中，需要说明的是，在确定搜索范围时，半径(INS估计误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，其特征在于，包括：在确定的搜索范围内，以设定网格间隔数进行粗搜索匹配，得到粗搜索最佳匹配点；根据设置阈值，对粗搜索最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得各粗搜索最佳匹配点对应的粗搜索临时最佳匹配点；对各粗搜索临时最佳匹配点进行比较，得到整个搜索范围内的最佳匹配点；将所述最佳匹配点作为导航结果输出。

【技术特征摘要】
1.一种天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，其特征在于，包括：在确定的搜索范围内，以设定网格间隔数进行粗搜索匹配，得到粗搜索最佳匹配点；根据设置阈值，对粗搜索最佳匹配点周围的若干邻域点进行匹配比较，获得各粗搜索最佳匹配点对应的粗搜索临时最佳匹配点；对各粗搜索临时最佳匹配点进行比较，得到整个搜索范围内的最佳匹配点；将所述最佳匹配点作为导航结果输出。2.根据权利要求1所述的天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，其特征在于，还包括：确定当前时刻INS输出的位置信息，以及所述位置信息对应的INS估计误差；根据所述位置信息和所述位置信息对应的INS估计误差，在重力基准图中确定搜索范围。3.根据权利要求2所述的天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，其特征在于，所述根据所述位置信息和所述位置信息对应的INS估计误差，在重力基准图中确定搜索范围，包括：以所述位置信息所指示的位置为圆心，以所述INS估计误差的倍数为半径，在重力基准图中确定搜索范围。4.根据权利要求3所述的天空海一体化水下潜器惯性/重力组合导航方法，其特征在于，所述重力基准图，包括：行和列；其中，行表示纬度，列表示经度。5.根据权利要求4所述的天空海...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，李钊伟，房静，吴凡，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11