基于全张量重力梯度的水下导航技术研究

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1、分类号学号201104710038 学校代码10488密级硕士学位论文基于全张量重力梯度的水下导航技术研究学位申请人：李兰玉学科专业：控制理论与控制工程指导教师：熊凌答辩日期：2014-5-21万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringResearchofunderwaternavigationbasedonfulltensorgravitygradientMasterCandidat：LilanyuMajor：Co

2、ntrolTheoryandControlEngineeringSupervisor：ProfessorXiongLingWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaJune,2014万方数据摘要利用重力场信息进行水下辅助导航是一种新型的水下无源导航技术，已逐渐成为目前研究热点之一。重力梯度仪、重力梯度基准图和匹配算法是重力梯度辅助导航的三要素，而航路规划和适配区选择是重力梯度辅助导航技术中的相关工作，因此本论文对全张量重力梯度辅助导航技术做了如下工作：首先，介绍了重力梯度基准图的

3、制备方法。重力梯度基准图是重力梯度辅助导航不可或缺的重要组成部分，国际上已有高精度重力梯度仪，但由于实测重力梯度数据代价太高，且某些区域无法实地测量，目前没有覆盖全球范围的高精度重力梯度基准图，但我国拥有全球高精度的地形数据，因此本论文介绍了基于球谐模型展开和基于地形高程正演的重力梯度基准图制备方法，并讨论了密度因素对其制备结果的影响。其次，介绍了重力梯度特征和适配区选择的方法。海底地形环境复杂，对重力梯度特征进行提取和分析能从中找到特征明显的区域，有助于提高重力梯度辅助导航系统的定位精度。本论文提取了全张量重力梯度的均值、方差、能量和熵信息特征，并根据某一重力梯

4、度基准图特征信息和匹配效果，提出该基准图适配区选择的准则；而为了提高适配区选择的泛化能力，因此利用支持向量机进行了适配区的选择。最后，根据适配区和非适配区两种不同的情况，提出了一种将适配区选择和目标探测同时考虑的水下动态航路规划的方法。适配区内特征明显，导航定位精度高，而特征明显的适配区往往地形复杂，可能存在暗礁；而在非适配区，需要进行滤波跟踪策略进行导航定位，也会遇到小的暗礁或其他移动的潜器，因此，水下动态航路规划不仅需要考虑适配区的选择，还需实时进行目标探测，进行有效避障，才能保证潜器的导航和安全。论文将适配区的选择和基于重力梯度反演的目标探测方法相结合，从而

5、进行适配区和非适配区的动态避障的航路规划。仿真实验表明，该方法正确有效，能达到预期目的。关键词：航路规划；重力梯度；适配区选择；目标探测；重力梯度反演I万方数据AbstractAnunderwaterpathplanningmethodconsideredbothmatchingareaselectingandunderwateraidednavigationbasedongravitygradientisanewunderwaterpassivenavigationtechnology,ithasbecomeoneofthehotresearch.Gravime

6、terandgravitygradiometer,gravitygradientreferencemapandrelatedmatchingalgorithmsarethethreeelementsofthegravitygradientassistednavigation.Routeplanningandadaptiveareaselectionistheprophaseworkofgravitygradientaidednavigation.Therefore,thisthesishavedonetheworkbaseonthefulltensorgravit

7、ygradientaidednavigationasfollows：Firstly,thepreparationmethodsofthegravitygradientreferencemapisintroduced.Thereferencemapofgravitygradientisanindispensableandimportantcomponentofgravitygradientaidednavigation.Therearehighprecisionofthegravitygradiometerinforeigncountries.Butbecauset

8、hemea