一种重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种重力梯度‑地形异源数据匹配的导航定位系统，属于导航技术领域，解决了现有技术重力导航应用范围和定位精度受限的问题。该系统包括：惯性导航模块，用于获得航行器当前位置坐标；重力梯度仪，用于测量所在航线的重力梯度张量序列；特征提取模块，用于提取重力梯度张量序列对应的DQL特征，以及航行器当前位置坐标相对地形图中所在航线各地形单元位置坐标的DQL特征；特征匹配模块，用于将上述两种DQL特征进行特征匹配，获得匹配程度最高的重力梯度张量序列元素；搜索上述元素对应的重力梯度所在位置，根据该位置对航行器当前位置坐标进行修正。解决了目前重力梯度匹配导航不具备大范围、高精度、规则化全球重力场数据的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统
本专利技术涉及导航
，尤其涉及一种重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统。
技术介绍
对于远距离飞行或长期水下航行的航行器而言，惯性导航定位系统(INS)是其导航的核心设备。然而惯性导航定位系统的定位误差随时间增加而不断累积，致使其在远距离飞行，或长时间水下航行时必须通过其他辅助导航手段进行周期性校准才能保证其定位精度。常采用天文导航、地形匹配导航、无线电导航和GPS卫星导航等的辅助导航手段进行位置校正，但无线电、GPS卫星导航需向外部辐射信号，容易被探测捕捉，而天文导航、地形匹配的使用条件受限。为验证重力梯度匹配定位技术的可行性，要求为导航算法模块提供重力梯度实时图和参考图。实时图指的是载体运动过程中传感器在线测量获取的数据，对重力图形匹配而言，传感器为全张量重力梯度仪，其精度已经满足测量微弱空变重力梯度场的需求。参考图是指飞行器/航行器匹配计算机上事先装订好的匹配区数据，参考图的空间分辨率决定了匹配导航的定位精度，其覆盖范围决定了导航定位系统的工作范围。>目前，重力梯度参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统，其特征在于，包括：/n惯性导航模块，安装于待定位航行器上，用于获得航行器当前位置坐标；/n重力梯度仪，用于等时间间隔测量所在航线的重力梯度张量序列；/n特征提取模块，用于提取上述重力梯度张量序列对应的DQL特征，以及航行器当前位置坐标相对地形图中所在航线各地形单元位置坐标的DQL特征；/n特征匹配模块，用于将上述航行器当前位置坐标相对地形图中所在航线各地形单元位置坐标的DQL特征、上述重力梯度张量序列对应的DQL特征进行特征匹配，获得匹配程度最高的重力梯度张量序列中元素；以及，搜索上述元素对应的重力梯度所在位置，根据该位置对航行器当前位置坐标进...

【技术特征摘要】
1.一种重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统，其特征在于，包括：
惯性导航模块，安装于待定位航行器上，用于获得航行器当前位置坐标；
重力梯度仪，用于等时间间隔测量所在航线的重力梯度张量序列；
特征提取模块，用于提取上述重力梯度张量序列对应的DQL特征，以及航行器当前位置坐标相对地形图中所在航线各地形单元位置坐标的DQL特征；
特征匹配模块，用于将上述航行器当前位置坐标相对地形图中所在航线各地形单元位置坐标的DQL特征、上述重力梯度张量序列对应的DQL特征进行特征匹配，获得匹配程度最高的重力梯度张量序列中元素；以及，搜索上述元素对应的重力梯度所在位置，根据该位置对航行器当前位置坐标进行修正。


2.根据权利要求1所述的重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统，其特征在于，所述重力梯度张量序列包含n个元素，每个元素分别对应重力梯度仪等时间间隔测量的当前位置之前n个不同位置的重力梯度；并且，每个元素包含9个分量，第i个元素Γi为
Γi＝(ΓxxΓyyΓzzΓxyΓyzΓzxΓxzΓzyΓyx)i，i＝12…n。


3.根据权利要求2所述的重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统，其特征在于，所述特征提取模块执行如下程序提取上述重力梯度张量序列对应的DQL特征：
滤除重力梯度张量序列中每个元素的重复分量，获得仅包含独立分量的新元素，依次排列构成新重力梯度张量序列；
根据上述构造的新重力梯度张量序列，获得n-1对相邻元素对应的差分ΔΓi；
根据上述获得的ΔΓi，通过下面公式提取每对相邻元素的DQL特征DQL(i)



式中，Γ0＝0，每对相邻元素包含的DQL特征包含5个分量；
将n-1对相邻元素的DQL特征依次排列，作为所述重力梯度张量序列对应的DQL特征，标记为A1。


4.根据权利要求3所述的重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统，其特征在于，所述特征提取模块依据下面公式中的梯度张量规则，滤除重力梯度张量序列中每个元素的重复分量Γyy、Γxz、Γzy、Γyx



获得仅包含5个独立分量Γi＝(ΓxxΓzzΓxyΓyzΓzx)i的所述新元素。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的重力梯度-地形异源数据匹配的导航定位系统，其特征在于，所述特征提取模块执行如下程序提取航行器当前位置坐标相对地形图中所在航线各地形单元位置坐标的DQL特征：
获取地形图中与当前位置等间隔分布的各地形单元的质心位置坐标(εηζ)；
根据上述各地形单元的中心位置坐标(εηζ)，结合航行器当前位置坐标(x,y,z)，获取每个地形单元引起的全张量重力梯度测量值；其中，第i个地形单元引起的全张量重力梯度测量值Γi′为Γi′＝(Γxx′Γzz′Γxy′Γyz′Γzx′)i；
根据上述每个地形单元引起的全张量重力梯度测量值Γi′，获得n-1对相邻元素的差分ΔΓi′，近似作为其重力梯度张量的差分
ΔΓi′＝Γi+1′-Γi′
根据上述获得的ΔΓi′，通过下面公式提取每对相邻元素的D...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海凤，佟佳慧，马杰，张闻博，李霖，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11