一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术属于水下导航技术领域，公开了一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端，包括：分别获取载体的重力矢量数据、磁异常三分量信息、载体水平位置、载体深度，并构建载体所在深度处的重力背景场和地磁背景场；根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用基于ICCP算法的水下九维信息组合匹配导航方法，得到匹配后的高精度位置信息。本发明专利技术可以应用于水下重力矢量测量及高精度背景场绘制、水下地磁三分量信息测量、水下航行器长时间作业保障、等场景中，对于水下目标探测、地质结构勘探、矿物资源开发等的具有重要意义，具有极大的商业前景和价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端


[0001]本专利技术属于水下导航
，尤其涉及一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]目前，21世纪，人类进入了大规模开发和利用海洋的时期。海洋在国际政治、经济、军事、科技竞争中的战略地位不断上升，水下搜救、勘探、探测、攻防、预警等国民经济和军事活动对水下载体高精度导航定位的需求日益迫切。特别是我国“海上丝绸之路”和“海洋强国”等国家战略的实施，水下导航将发挥越来越重要的保障作用。
[0003]然而，受海水介质物理特性和水下复杂环境条件影响，水下导航面临可用信息源少、水下环境复杂、惯性导航位置误差随时间积累的问题，使得水下实时、连续、长航时高精度定位导航技术成为开发海洋、利用海洋、管控海洋的技术难点和痛点。
[0004]目前，适用于水下作业载体的导航定位手段主要有惯性导航、声学定位导航、DVL辅助导航、物理场匹配导航等。然而惯性导航误差随时间积累，声学定位和DVL辅助导航需要发射或接收声波，容易暴露目标或被欺骗。如图1所示，物理场辅助惯性导航主要依托物理场匹配技术，其基本思想是：通过航行器自身搭载的设备测量所处位置的重力、地磁、位置等物理场特征信息，将实时测量值与预先构建好的海洋物理场背景图进行匹配，通过一定的匹配算法搜索策略获取航行器的位置，从而实现对惯性导航系统位累积误差的抑制。该方法不向外辐射信息，特别适用于军事应用需求下水下长航时、高隐蔽性的航行要求，是水下载体自主导航的重要研究方向。
[0005]目前，物理场匹配导航技术还处于理论完善阶段，实用性不强，主要存在以下几个问题：
[0006]1、匹配依据特征弱且信噪比低。
[0007]当前重力匹配导航的匹配指标一般是指重力异常值，即重力图是重力异常一维标量图，重力异常是当地重力扣除正常重力后的剩余信息，反观正常重力矢量本身具有显著位置属性(在地球坐标系下，正常重力矢量指向与该模型下经纬度具备一一对应的位置关系，且集中了重力的主要信息量)。重力本身是三维矢量，扣除正常重力，相当于既削弱了重力的矢量特征，又削弱了信息量特征，而匹配算法的关键在于匹配特征的强弱。因此，仅用重力异常进行匹配，存在匹配特征弱，匹配依据测量信噪比低的问题，这将导致重力匹配算法失配率高，使其在各类应用中不好用、不适用，匹配导航效果欠佳。
[0008]2、匹配特征维度少。
[0009]从匹配技术本身出发，任何匹配技术均是通过一定的策略搜索匹配特征，特征越丰富，搜索匹配域越小，匹配成功率和可靠性越高。目前的匹配技术大多采用一维重力异常或者磁场总强度作为特征量进行匹配导航，然而，一维重力异常/磁场总强度仅仅表现了重力/地磁信息的一个侧面特征，不能充分表达重力/地磁的信息量和矢量特征。
[0010]物理场匹配导航技术不向外辐射信息，特别适用于军事应用需求下水下长航时、
高隐蔽性的航行要求。然而，目前物理场匹配导航技术还处于理论完善阶段，实用性还不强，且具有匹配特征信噪比低、匹配特征维度低等明显缺陷。
[0011]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的水下导航技术匹配特征测量信噪比低，维度少，实用性还不强，匹配导航效果欠佳。

技术实现思路

[0012]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端。
[0013]本专利技术是这样实现的，一种水下九维信息组合的匹配导航方法，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括：
[0014]分别获取载体的重力矢量数据、磁异常三分量信息、载体水平位置、载体深度，并构建载体所在深度处的重力背景场和地磁背景场；
[0015]根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用基于ICCP算法的水下九维信息组合匹配导航方法，得到匹配后的高精度位置信息。
[0016]进一步，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括以下步骤：
[0017]步骤一，利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值；利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；
[0018]步骤二，利用惯导实时解算得到载体水平位置，利用深度计提供载体所在深度信息；
[0019]步骤三，根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场；
[0020]步骤四，根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息。
[0021]进一步，所述利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值包括：利用矢量重力测量仪实时采集载体系下的三维重力矢量，同时按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息。
[0022]进一步，所述根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场包括：
[0023]首先，根据载体的水平位置，结合载体导航时长，确定重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围；
[0024]其次，根据载体的水平位置以及重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围确定搜索重背景场以及搜索磁背景场；
[0025]最后，根据所述载体深度，将确定的搜索范围延拓至载体深度处，得到载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场。
[0026]进一步，所述根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息包括：
[0027]利用惯导解算得到的载体水平位置、载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场，通过查图法得到搜索矢量重力值和搜索三分量地磁信息；
[0028]根据得到的重力矢量测量值和磁异常三分量测量值、载体水平位置信息，以及搜
索矢量重力值和搜索三分量地磁信息；
[0029]利用基于ICCP算法的水下九维信息组合匹配导航方法进行信息融合，得到匹配后的高精度位置。
[0030]本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述水下九维信息组合匹配导航方法的水下九维信息组合匹配导航系统，所述水下九维信息组合匹配导航系统包括：
[0031]矢量重力测量仪，安装于惯性稳定平台上，用于实时采集并输出载体系下的三维重力矢量，同时按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息；
[0032]三分量磁力测量模块，用于利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；
[0033]惯性导航模块，用于实时获取水下载体的载体姿态、速度和位置以及其他导航信息；
[0034]惯性稳定平台，用于给矢量重力仪提供稳定的测量环境，减小航行器运动对矢量重力测量的影响；
[0035]测深仪，用于通过换能器在水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括：分别获取载体的重力矢量数据、磁异常三分量信息、载体水平位置、载体深度，并构建载体所在深度处的重力背景场和地磁背景场；根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用基于ICCP算法的水下九维信息组合匹配导航方法，得到匹配后的高精度位置信息。2.如权利要求1所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括以下步骤：步骤一，利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值；利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；步骤二，利用惯导实时解算得到载体水平位置，利用深度计提供载体所在深度信息；步骤三，根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场；步骤四，根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息。3.如权利要求2所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值包括：利用矢量重力测量仪实时采集载体系下的三维重力矢量，同时按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息。4.如权利要求2所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场包括：首先，根据载体的水平位置，结合载体导航时长，确定重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围；其次，根据载体的水平位置以及重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围确定搜索重背景场以及搜索磁背景场；最后，根据所述载体深度，将确定的搜索范围延拓至载体深度处，得到载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场。5.如权利要求2所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息包括：利用惯导解算得到的载体水平位置、载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场，通过查图法得到搜索矢量重力值和搜索三分量地磁信...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京书，何泓洋，毛宁，崔国恒，许江宁，李方能，吴苗，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：