The invention discloses an underwater gravity gradient target detection method based on Newton iteration method. The underwater gravity gradient instrument is used to measure the navigation area in real time, and the measured gravity gradient value is obtained. The force gradient anomaly is used as the input of the nonlinear equations of the gravity gradient model, and the relative position of the center of mass of the object relative to the detection point is obtained by solving the nonlinear equations. The mass of the object can be obtained by substituting the force constant into the vertical component formula of gravity gradient, and the approximate material types of the density anomaly can be inferred according to the need. It has the characteristics of anti-counterfeiting, anti-interference, simple and popular detection method, convenient and rapid use, greatly reducing manual intervention, and realizing automatic detection.
【技术实现步骤摘要】
基于牛顿迭代法的水下重力梯度目标探测方法
本专利技术属于水下目标探测
,具体涉及一种利用重力场相关辅助的无源导航目标探测方法。
技术介绍
现今对于水下导航的方式有很多种,例如有GPS卫星导航、天文导航、无线电导航等,基于重力梯度导航(此处指竖直方向重力梯度)不需要接收外部的信息,同时也不向外部辐射信息进而难以进行干扰等诸多优点,是严格意义上的无源导航,具有十分重要和可行的现实意义,利用重力场相关辅助导航避障已经成为了现代导航避障技术研究的热点。利用重力梯度仪进行辅助导航开始于20世纪60年代,从最初的研究集中在实时检测重力异常以提高惯性导航系统的精度,发展为基于重力梯度仪的高精度高分辨率的重力图研究,利用高精度的重力图和重力测量仪器便可以对惯性导航系统进行辅助修正。同时,重力梯度作为重力位的二阶导数,经过前人多番验证,重力梯度具有比重力本身更高的分辨率,且同一位置有多个分量。很多情况下,由于重力位与重力梯度都受测量点到质心距离和密度的影响,其中影响最大的一般都是垂直分量。所以我们可以选择单一分量(垂直分量)来进行水下导航避障。目前,重力梯度张量测量在国外已经由理论研究迈入到十分成熟并进入商业应用阶段,而在我国还处于起步阶段,但重力梯度张量数据的处理和解释已经得到了开展。除了用重力梯度仪直接观测重力梯度张量,还可由重力异常数据经过一定的算法求得重力梯度张量,更直接的办法是直接用模型正演计算简单模型研究复杂地质体。国内、外学者已经研究和提出了众多重力梯度的求取算法,例如样条函数插值法,差商方法、频率域中的傅里叶变换法和余弦变换法以及有限单元方法等。目前有 ...
【技术保护点】
1.一种基于牛顿迭代法的水下重力梯度目标探测方法,其特征在于包括如下主要步骤:S1:利用水下潜器的重力梯度仪对航行的区域进行实时测量,获取实测的重力梯度值;S2:利用实测的重力梯度值去减去正常的重力梯度值,得到重力梯度异常值,即为目标体或密度异常体引起的重力梯度值;S3:将步骤S2得到的目标体或密度异常体引起的重力梯度值作为重力梯度模型非线性方程组的输入,求解非线性方程组获目标体的质心相对于探测点的相对位置;由目标体的质心相对于探测点的相对位置,确定目标体的质心与探测点之间的距离;S4:最后将上述距离和万有引力常量代入重力梯度垂直分量公式,获取目标体的质量,完成水下目标探测。
【技术特征摘要】
1.一种基于牛顿迭代法的水下重力梯度目标探测方法,其特征在于包括如下主要步骤:S1:利用水下潜器的重力梯度仪对航行的区域进行实时测量,获取实测的重力梯度值;S2:利用实测的重力梯度值去减去正常的重力梯度值,得到重力梯度异常值,即为目标体或密度异常体引起的重力梯度值;S3:将步骤S2得到的目标体或密度异常体引起的重力梯度值作为重力梯度模型非线性方程组的输入,求解非线性方程组获目标体的质心相对于探测点的相对位置;由目标体的质心相对于探测点的相对位置,确定目标体的质心与探测点之间的距离;S4:最后将上述距离和万有引力常量代入重力梯度垂直分量公式,获取目标体的质量,完成水下目标探测。2.根据权利要求1所述的基于牛顿迭代法的水下重力梯度目标探测方法,其特征在于:在步骤S4之后,还可以进行步骤S5:根据目标体的质量和前述测得的目标体或密度异常体引起的重力梯度值,计算出目标体的平均密度,根据平均密度大致判断目标体物质种类。3.根据权利要求1所述的基于牛顿迭代法的水下重力梯度目标探测方法,其特征在于:所述目标体为海底山峰、敌方潜艇、礁石、沉船之类的至少一种物质,当它们连成一体或重叠时将他们看成一个整体处理。4.根据权利要求1或3所述的基于牛顿迭代法的水下重力梯度目标探测方法,其特征在于:步骤S3中,将重力梯度模型非线性方程组化简,选取三个张量求解,得到目标体距离探测点在三维坐标系中各个方向的相对距离。5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员:熊凌,程翔,冯鹏,郭远巍,
申请(专利权)人:武汉科技大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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