● 摘要
随着人们对海洋资源的开发，水下载体的高精度、长航时、无源导航问题受到全世界的关注。少数发达国家已经取得一些成就并成功应用。为了使我国的经济和军事处于世界先进行列，北京大学及相关机构展开了此类研究。本课题就是在这个背景支持下开展的。本文对水下重力辅助导航匹配算法进行了深入的研究。参考地形辅助导航方法，从算法方案分析到仿真试验验证，主要有如下内容：（1）研究了适于重力异常匹配的等值线匹配算法。通过理论分析和推导，证明了等值线匹配算法方案的正确性。采用刚性变换的初始点调整方法改进了算法。与TERCOM匹配算法进行了比较，对两种算法的优点进行了算法融合。（2）对改进后等值线匹配算法进行了试验验证和分析。采用正交试验设计方法设计试验方案，并对此进行了大量试验。通过试验结果，分析了不同条件对算法匹配精度的影响，详细分析了测量误差和运动速度对匹配误差的影响。并得到了TERCOM、等值线算法、融合算法的比较结果，为多种匹配方法融合使用提供了分析依据。（3）研究了重力异常地图的适配性。参照地形可导航性研究方法，由定性到定量分析。得到了回归函数表达式。导航仿真系统表明结果较好。（4）研究了减小重力异常测量误差的海浪潮汐模型。针对水下重力异常与陆地重力异常测量方法的不同而提出海浪潮汐是影响重力异常测量精度的主要外界因素之一，也是未来实际应用必须剔除的影响变量。因而建立了海浪潮汐运动模型并给出实验仿真。本仿真结果表明：基于重力异常匹配的等值线算法和目前测量水平现状，水下重力辅助导航技术可行；在重力异常地图特征良好的区域，对于初始误差为2～5海里的INS，匹配误差可以控制在500米之内。