水下重力磁力导航理论与技术研究

惯导是潜艇及其它水下航行器的核心导航系统，但由于惯导的位置误差随时间积累，需外部信息进行重调校正，为避免潜艇上浮，须寻求水下校正信息源。通过对重力场和地磁场测量可对惯导定位误差校正提供信息。本项目以解决潜艇及其它水下航行器长期水下航行定位问题为目标，开展基于重力、地磁的导航基本理论与方法研究。主要内容有：.基于卫星、航空、船测重力数据的重力导航图构建，旨在解决在多种大地测量信息的基础上构建导航用重力异常图问题；开展以重力导航图为背景的基于惯导位置和船测重力的匹配定位方法研究，解决在较大初始位置误差情况下的水下航行器航迹估计；提出一种基于地磁场异常测量反演水下磁性目标特征的地磁定位方法，构建磁性目标特征测量方法，研究磁性目标反演理论及同时定位构图方法应用问题；以重力异常、重力梯度、地磁定位提供的位置误差为量测，构建多传感器联邦滤波系统，实现惯导陀螺漂移的估计与校正。

为保证潜艇水下生成能力，发挥突袭效能，潜艇必须具备长时间水下高精度导航定位能力，这对水下导航技术提出了很高的要求。作为水下导航系统的核心设备，惯性导航系统定位误差是随时间累积的，必须进行重调和校正。利用卫星、无线电、天文等信息进行的重调和校正，会增加潜艇暴露的可能，危及其生命力。高性能水下导航技术已成为制约潜艇作战性能的瓶颈技术之一。. 本课题利用重力场和地磁场的地球固有物理场信息对惯性导航系统误差进行估计，实现水下重调和校正，保证潜艇、潜器长期高精度隐蔽导航定位能力。1）基于重力场球谐函数理论，使用卫星测高反演重力异常数据、航空测量延拓数据和船载重力仪测量数据，设计了修正局部区域重力场球谐系数的残差迭代方法，完成了导航用重力数据库构建软件，可实现对任意区域导航重力数据库的构建。2）利用惯导具有高的航向精度和短时间内高的相对位置精度的特点，设计了一种基于重力测量的适合于大初始误差的航迹几何匹配算法，解决了大初始位置误差情况下的匹配定位问题，完成了新匹配算法的应用软件编程，并嵌入到组合导航计算机。3）采用CKF算法设计重要性密度函数，抑制粒子退化，设计了基于重力测量的无须量测方程的改进粒子滤波估计定位算法，解决了没有重力量测模型情况的惯导位置误差滤波估计问题，并可适应大初始位置误差情况，完成了新粒子滤波估计算法的应用软件编程，并嵌入到组合导航计算机。4）针对水下潜器导航，为避免地球背景磁场和其他干扰磁场的影响，设计了基于磁场梯度测量的点源磁目标反演的定位方法，完成了定位方法的理论及仿真研究。5）搭建了包括自研光纤陀螺捷联惯导、海洋重力仪、组合导航计算机、仿真模拟器的重力导航实验装置，具备海上试验条件。. 发表论文67篇，其中SCI收录6篇，EI收录61篇。授权国家发明专利20项。软件著作权10项。培养硕士研究生10名，博士研究生6名，博士后2名。引进俄罗斯圣彼得堡国家电气研究中心生产的重力仪，项目进行过程中，与俄罗斯国家科学院地球物理研究所等单位就重力仪、重力测量及其应用技术等相关内容进行6次国际交流，并建立了长期的合作关系。 主办ICIA 2010 和CSO 2012国际会议2次，参加国际学术会议45人次。