重力梯度辅助导航匹配区选择准则研究

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1、武汉科技大学硕士学位论文定位精度低的问题，甚至是定位错误。所以对重力梯度多特征信息融合方法进行研究，利用重力梯度匹配区选择准则对重力梯度基准图适配区与非适配区进行快速、准确的进行划分（如图1.1椭圆区域所示），从而提高导航定位系统的定位精度是非常有必要的。实测数据探测装置数据处理数据参考数据匹配区重力提选择准则梯度导航输出基准图取导航算法非匹配区INS指示位置惯性导航系统误差校正图1.1重力梯度辅助导航原理1.3国内外研究现状与发展（1）重力梯度仪第一台重力梯度仪于1886年由匈牙利物理学家研制出来，随着近30年来电子技术、计算机技术和低温超导技术的发展，重力梯度仪各方面的性

2、能有了显著的提[17-18]-4[19-20]高，目前重力梯度仪的精度从早期的1E已发展到10E，未来超导重力梯-5[21]度仪的精度可望达到10E。目前世界范围内正处于研制阶段的重力仪器中，有70%以上为重力梯度测量仪器。上世纪90年代初期，西北工业大学的梅硕基教授带领的课题组对动基座重力梯度仪的相关理论进行了深入的研究。2001年11月我国科研人员用NIM-2型绝对[22]重力仪进行了一次绝对重力梯度测量的静态实验研究，测量结果的精度为60E。2002年，西安测绘研究所和航天科技集团16所研制成一套航空重力测量系统(CHAGS)并通过国家鉴定，可供大地测量使用。此外，从上

3、世纪末以来，华中科技大学物理学院罗俊院士及其团队也一直致力于动基座重力及重力梯度传感器的研制，目前重力仪已经上星运行，用来获取全球重力数据，星载单轴重力梯度仪已经研制完成，其精度已经达到欧美先进水平，高精度全张量重力梯度仪正处于研制之中。2万方数据武汉科技大学硕士学位论文（2）重力梯度基准图制备在重力梯度基准图制备方面，高质量的重力梯度基准图是重力梯度辅助导航的前提条件。在国外，对于对重力梯度仪具有长时间研究和发展的欧美俄等国家，已拥有，他们可以直接利用精度较高的重力梯度仪对地球表面任何一个位置的重力梯度值进行实测，从而得到重力梯度基准图。而鉴于目前我国重力梯度仪的研制与欧美

4、国家的差距较大，所以无法像他们那样直接通过测量的方式来获得较高精度的重[23]力梯度基准图数据，从而运用于高精度的重力梯度辅助导航。除了直接用重力梯度仪测量获取之外，重力梯度基准图还有两种比较常用的制备方法：一是通过地球重力场模型利用重力梯度与重力之间的二阶导数关系计算得到重力梯度基准图，二是利用地形高程模型，通过地形正演来制备重力梯度图。国内外许多学者在运用上述两种方法进行重力梯度基准图制备时证明了可行[24-28]性，还有学者基于重力异常等其他方法也获得了较高分辨率的全张量重力梯[29-30]度数字地图。随着重力梯度仪和重力梯度测量技术的发展，以及实际应用的需求，人们对重

5、力梯度基准图精度的要求也越来越高。近些年国内外学者对重力梯度基准图制[31-35]备的影响的主要因素也进行了深入研究。闫足等人对地球物理领域的地壳均衡理论进行研究，基于地形正演方法，利用普拉特模型补偿方法，并考虑海浪对高精度水下重力梯度测量的影响，提出了一种考虑地壳均衡因素和海浪补偿的重力梯度图制备方法，进行了重力梯度图制备，建立了基于地形正演的导航实验用[36]基准图数据库。（3）匹配区选择准则在匹配区选择准则方面，由于基于重力梯度的匹配区选择准则没有得到广泛研究，但是地形、重力和地磁匹配区选择的准则的研究已取得一些成果。程力等人以重力场的标准差和经纬度方向相关系数进行特征

6、融合，给出了一种[37]重力匹配区经验选择准则。程华等人提出了一种基于最小二乘支持向量机的三维[38]地形匹配选择的方法，将基准图子图进行了适配性的划分。杨卫平等人对基于小[39]采样的地形匹配适应性进行了研究，找到了地形区域适配性的判断依据。夏冰等人提出一种基于SPSS回归分析的重力匹配区域选择方法，得到匹配区域的回归函[40]数关系式，以此作为重力匹配区选择准则。焦巍等人提出了一种基于免疫粒子群算法的地磁特征区域选择算法，在规则网格化的地磁图中实现一定大小的、空间连[41]续分布的特征区域选择。吴华玲等人采用一种基于Mumford-Shah模型的全局化水平集的图像分割方法

7、对重力场可匹配区域进行分割，分割出的可匹配区域能达到[42]提高匹配概率的作用。张凯等人提出了一种基于ＢＰ神经网络的水下地形背景场3万方数据武汉科技大学硕士学位论文[43]适配／误配区自动识别和划分方法。刘繁明等人针对重力匹配定位精度与适配区特性及载体的航向有关的特点，提出了一种骨架提取的海洋重力适配区域局部分析[44]方法。（4）导航定位算法在导航定位算法方面，虽然重力及重力梯度仪的发展还不够成熟，但是由于重力场辅助导航的优势突出，因而对其导航定位算法的研究也日益增多。相对起步比较晚的重力和地磁导航定