水下惯导/重力的融合自主导航定位技术与试验

Underwater navigation of submarine is mainly relied on an autonomous and passive inertial navigation system. However, the positioning error of INS accumulates along with time,which makes it very hard to provide a precise navigation results over a long time. In real application, a combination navigation system is necessarily required, and for the consideration of concealment, INS/Gravity combination technology is usually applied, which is presently becoming an important means to realize submarine underwater autonomous and passive navigation. This study is based on our previous INS/Gravity integrated navigation system. firstly, the fault-tolerant method is designed and the reliability is evaluated for the system. And then the gravity-matched position is to be fused with INS to calibrate the inertial navigation system and to restrain the positioning error propagation. By analyzing the technical performance and functional characteristic of the INS/Gravity integrated navigation system, finally, an onboard experiment will be carried out to examine some potential problems with expectations to improve the system. This research can provide technical support for the underwater long-distance/long-time high precision autonomous and passive submarine navigation in our country.

潜艇水下导航主要采用无源自主的惯性导航系统(INS)，但INS的导航定位误差随航行时间累积，使得单一的INS很难长时间提供精确的导航位置信息。为了保证潜艇隐蔽性的前提下精确知道潜艇航行时的位置，必须采用组合导航系统， 惯导/重力组合导航技术是当前实现潜艇高精度无源自主定位的重要手段。 本项目在 "惯导/重力组合导航系统"的前期研究基础上，设计惯导/重力组合导航系统匹配定位的可靠性诊断和容错方法，研究如何将组合导航系统的输出匹配定位位置与惯导系统融合、实现惯导系统自身的重调和校正，进而抑制惯导系统的输出定位误差的增长。在对该组合导航定位系统的技术性能和使用特点进行系统分析的基础上，进行海上试验验证，检验该系统存在的问题并对其进行改进和完善。为我国未来潜艇水下远程/长时的高精度无源自主导航定位提供技术支持。

由于海洋环境的特殊性，在远程长时下实现水下潜航器的高精度隐蔽导航定位仍是一项挑战。惯性导航系统是进行水下导航定位的主要手段之一，但惯性导航系统的定位误差随时间累积发散，基于地球物理场特征的惯导/重力组合导航系统成为面向水下远程长时条件下水下潜航器导航定位的一种有效手段。（1）重力基准图精度和分辨率是重力匹配定位精度和可靠性的重要因素之一，项目对重力基准图进行优化，分辨率1′×1′、与船测重力比较均方根差为4.16 mGal。（2）基于高精度INS约束的重力匹配定位方法研究、惯导/重力组合导航系统匹配定位位置的可靠性诊断和容错方法。（3）构建了新的重力异常特征指标参数，计算了中国西太平洋海域多个分区的重力异常特征指标，分析了重力异常特征对重力匹配辅助惯性导航定位精度的影响，给出了不同分区的重力匹配定位精度。（4）进行综合试验设计并精心组织实施，完成了2次重力匹配辅助导航海上试验。在分析航线区域重力场特征基础上，计算了实际海况下惯导/重力组合导航系统的定位精度，实际海况下海洋试验匹配定位精度为2.83海里。模拟不同噪声条件的海洋重力仪观测值，将海洋试验和仿真模拟定位结果进行对比分析，给出了重力仪测量精度与重力异常基准图误差对匹配定位精度的影响分析，为该系统的工程化应用提供技术支持。（5）面向海洋资源环境探测、水下导航定位的应用需求，探索研究惯性导航、重力、地磁、水下地形、海底声学信标、GNSS浮标、天文导航等多传感器相融合的自适应导航技术。通过本项目的研究，预先评估不同航行区域重力辅助导航的可行性和优劣程度，给出了现有条件下惯导/重力组合导航系统在真实海况下所能达到的实际定位精度，开展了多传感器水下融合导航初步研究，为远程长时下我国水下潜航器在不同海洋环境和特定区域的隐蔽导航定位提供技术支持。