CN111473790A - 一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统。所述方法获取潜艇所在的当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹；根据所述当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区；获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔；根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；根据所述潜艇的当前位置重置所述惯性导航系统；根据重置后的惯性导航系统进行导航。本发明所提供得一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统，能够及时、准确的校正惯性导航系统，提高潜艇的导航准确率。

Description

一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统
技术领域
本发明涉及水下潜器重力导航领域，特别是涉及一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统。
背景技术
水下的重力灯塔的导航方法是从全球海洋重力异常图中筛选出特征明显的数据，构建重力灯塔数据库。通过艇载重力仪测量结果与重力灯塔进行相关分析，从而获取自身坐标并校正惯性导航系统。
潜艇在潜航时，由于其惯性导航系统误差累积逐渐发生漂移，对自身的定位越来越不准确，就需要在重力灯塔数据库中搜索最近的重力灯塔为惯导做校正。传统情况下，只搜索周边距离最近的一个重力灯塔来校正，校正结束后，继续按照预先设定航迹潜航。这种方式存在两个缺点：①只有一个候选灯塔，潜艇没有选择余地；②无法根据灯塔分布情况实时规划合理的航迹；③潜艇没有及时进行校正，导致漂移严重时，已经错过了经过的重力灯塔，而且前路没有距离近的灯塔以供校正。
发明内容
本发明的目的是提供一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统，能够及时、准确的校正惯性导航系统，提高潜艇的导航准确率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，包括：
获取潜艇所在的当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹；
根据所述当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区；在所述重力灯塔分布有效扇区内的重力灯塔会影响潜艇导航；
获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔；
根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
根据所述潜艇的当前位置重置所述惯性导航系统；
根据重置后的惯性导航系统进行导航。
可选的，所述根据所述当前海域的潜艇的位置、航向和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区，具体包括：
利用公式
Figure BDA0002467403980000021
确定惯性导航系统从偏差为0nmi至1nmi时潜艇的航行距离；其中，v为航速，Δh为最大容忍定位偏差，ε为惯性导航系统每小时累积的位置定位偏差；
获取所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度；
以所述潜艇所在的当前海域的潜艇的位置为圆心，以所述航行距离为半径，以2倍的所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度为张开角度，以所述航向为张开角度方向，确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区。
可选的，所述获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔，具体包括：
获取所述当前海域的重力灯塔的几何中心；
计算所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离和夹角；
提取距离小于或等于所述航行距离且夹角小于或等于所述偏差角度的重力灯塔。
可选的，所述根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置，具体包括：
对所述重力灯塔分布有效扇区进行等级划分；等级划分后的重力灯塔分布有效扇区包括初级偏差区、中级偏差区和危险偏差区；所述初级偏差区为扇区半径在0～1/3r之间的区域；所述中级偏差区为扇区半径在1/3r～2/3r之间的区域；所述危险偏差区为扇区半径在2/3r～r之间的区域；
判断所述重力灯塔处于的区域；
若所述重力灯塔都处于所述初级偏差区，则将所述潜艇上浮，利用导航卫星确定所述潜艇的当前位置；
若所述重力灯塔都处于所述中级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
若所述重力灯塔都处于所述危险级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
若所述重力灯塔在所述中级偏差区和所述危险级偏差区均有分布，则根据处于所述中级偏差区的所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
可选的，所述根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置，还包括：
获取重力灯塔的等级因子DJfactor；所述等级因子为网格重力异常的变化程度；
利用公式PCi＝ti·ε确定第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差；PCi为第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差，ti为从所述潜艇位置到第i个重力灯塔的几何中心的时间；
利用公式
Figure BDA0002467403980000031
对所有重力灯塔的定位偏差进行归一化；max(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最大定位偏差，min(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最小定位偏差；
利用公式
Figure BDA0002467403980000032
对所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离进行归一化；Leni为所述当前海域的潜艇的位置和第i个重力灯塔的几何中心之间的距离，max(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最大距离，min(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最小距离；
利用公式
Figure BDA0002467403980000033
确定所述重力灯塔的优选因子；
根据优选因子最大对应的重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航系统，包括：
信息获取模块，用于获取潜艇所在的当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹；
重力灯塔分布有效扇区确定模块，用于根据所述当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区；在所述重力灯塔分布有效扇区内的重力灯塔会影响潜艇导航；
重力灯塔获取模块，用于获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔；
潜艇的当前位置确定模块，用于根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
惯性导航系统重置模块，用于根据所述潜艇的当前位置重置所述惯性导航系统；
导航模块，用于根据重置后的惯性导航系统进行导航。
可选的，所述重力灯塔分布有效扇区确定模块具体包括：
航行距离确定单元，用于利用公式
Figure BDA0002467403980000041
确定惯性导航系统从偏差为0nmi至1nmi时潜艇的航行距离；其中，v为航速，Δh为最大容忍定位偏差，ε为惯性导航系统每小时累积的位置定位偏差；
偏差角度获取单元，用于获取所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度；
重力灯塔分布有效扇区确定单元，用于以所述潜艇所在的当前海域的潜艇的位置为圆心，以所述航行距离为半径，以2倍的所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度为张开角度，以所述航向为张开角度方向，确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区。
可选的，所述重力灯塔获取模块具体包括：
重力灯塔的几何中心获取单元，用于获取所述当前海域的重力灯塔的几何中心；
距离和夹角计算单元，用于计算所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离和夹角；
重力灯塔提取单元，用于提取距离小于或等于所述航行距离且夹角小于或等于所述偏差角度的重力灯塔。
可选的，所述潜艇的当前位置确定模块具体包括：
重力灯塔分布有效扇区等级划分单元，用于对所述重力灯塔分布有效扇区进行等级划分；等级划分后的重力灯塔分布有效扇区包括初级偏差区、中级偏差区和危险偏差区；所述初级偏差区为扇区半径在0～1/3r之间的区域；所述中级偏差区为扇区半径在1/3r～2/3r之间的区域；所述危险偏差区为扇区半径在2/3r～r之间的区域；
判断单元，用于判断所述重力灯塔处于的区域；
潜艇的当前位置第一确定单元，用于若所述重力灯塔都处于所述初级偏差区，则将所述潜艇上浮，利用导航卫星确定所述潜艇的当前位置；
潜艇的当前位置第二确定单元，用于若所述重力灯塔都处于所述中级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
潜艇的当前位置第三确定单元，用于若所述重力灯塔都处于所述危险级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
潜艇的当前位置第四确定单元，用于若所述重力灯塔在所述中级偏差区和所述危险级偏差区均有分布，则根据处于所述中级偏差区的所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
可选的，所述潜艇的当前位置确定模块还包括：
等级因子获取单元，用于获取重力灯塔的等级因子DJfactor；所述等级因子为网格重力异常的变化程度；
定位偏差确定单元，用于利用公式PCi＝ti·ε确定第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差；PCi为第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差，ti为从所述潜艇位置到第i个重力灯塔的几何中心的时间；
定位偏差归一化单元，用于利用公式
Figure BDA0002467403980000061
对所有重力灯塔的定位偏差进行归一化；max(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最大定位偏差，min(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最小定位偏差；
距离归一化单元，用于利用公式
Figure BDA0002467403980000062
对所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离进行归一化；Leni为所述当前海域的潜艇的位置和第i个重力灯塔的几何中心之间的距离，max(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最大距离，min(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最小距离；
优选因子确定单元，用于利用公式
Figure BDA0002467403980000063
确定所述重力灯塔的优选因子；
潜艇的当前位置第五确定单元，用于根据优选因子最大对应的重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统，通过规定重力灯塔分布有效扇区，实时描述潜艇与所在海域内的重力灯塔的相对位置拓扑关系，使操作人员清楚掌握重力灯塔分布，合理选择匹配校正时机，根据灯塔分布情况实时规划合理的航迹。避免了潜艇没有及时进行校正，导致漂移严重的现象发生。能够及时、准确的校正惯性导航系统，提高潜艇的导航准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法流程示意图；
图2为重力灯塔分布有效扇区示意图；
图3为当前海域内重力灯塔的几何中心的分布示意图；
图4为处于重力灯塔分布有效扇区内的重力灯塔的几何中心的分布示意图；
图5为等级划分后的重力灯塔分布有效扇区示意图；
图6为潜艇与重力灯塔分布有效扇区内重力灯塔之间的空间位置分布示意图；
图7为本发明所提供的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法及系统，能够及时、准确的校正惯性导航系统，提高潜艇的导航准确率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，包括：
S101，获取潜艇所在的当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹；
S102，根据所述当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区；在所述重力灯塔分布有效扇区内的重力灯塔会影响潜艇导航；重力灯塔分布有效扇区如图2所示。
利用公式
Figure BDA0002467403980000081
确定惯性导航系统从偏差为0nmi至1nmi时潜艇的航行距离；其中，v为航速，Δh为最大容忍定位偏差，ε为惯性导航系统每小时累积的位置定位偏差。
获取所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度α；
以所述潜艇所在的当前海域的潜艇的位置为圆心，以所述航行距离为半径，以2倍的所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度为张开角度，以所述航向为张开角度方向，确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区。
S103，获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔。
获取所述当前海域的重力灯塔的几何中心；即依据当前惯性导航系统显示的潜艇的位置的经纬度，确定潜艇当前处于哪个海域(南海、东海、菲律宾海等)。从海洋重力灯塔数据库中读取该海域的重力灯塔几何中心的坐标，如图3所示。
计算所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离和夹角，如图4所示。
设潜艇的位置为(L,B)，所述重力灯塔几何中心为(L1,B1)。
计算二者距离Len：
Figure BDA0002467403980000082
计算所述重力灯塔几何中心与潜艇的航向的夹角θ：
Figure BDA0002467403980000083
β为潜艇的航向。
进一步的，根据所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离、夹角和从所述潜艇位置到第i个重力灯塔的几何中心的时间构成拓扑关系，其中，潜艇与重力灯塔分布有效扇区内重力灯塔之间的空间位置分布如图6所示。拓扑关系表如表1所示。
表1
Figure BDA0002467403980000084
Figure BDA0002467403980000091
提取距离小于或等于所述航行距离且夹角小于或等于所述偏差角度的重力灯塔。即符合Len≤r且θ≤α的灯塔判定落在所述重力灯塔分布有效扇区内。
S104，根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
为了提高与重力灯塔的匹配效率，S104具体包括：
对所述重力灯塔分布有效扇区进行等级划分；等级划分后的重力灯塔分布有效扇区包括初级偏差区、中级偏差区和危险偏差区；所述初级偏差区为扇区半径在0～1/3r之间的区域；所述中级偏差区为扇区半径在1/3r～2/3r之间的区域；所述危险偏差区为扇区半径在2/3r～r之间的区域；并如图5所示。
判断所述重力灯塔处于的区域。
若所述重力灯塔都处于所述初级偏差区，则将所述潜艇上浮，利用导航卫星确定所述潜艇的当前位置。
若所述重力灯塔都处于所述中级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
若所述重力灯塔都处于所述危险级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
若所述重力灯塔在所述中级偏差区和所述危险级偏差区均有分布，则根据处于所述中级偏差区的所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
为了进一步的提高与重力灯塔的匹配效率，在S104中选用最优的重力灯塔进行匹配，具体过程包括：
获取重力灯塔的等级因子DJfactor；所述等级因子为网格重力异常的变化程度；所述等级因子从重力灯塔数据库中可以直接获取，其中，一等灯塔因子为0.5，二等灯塔因子为0.3，三等灯塔因子为0.2。
利用公式PCi＝ti·ε确定第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差；PCi为第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差，ti为从所述潜艇位置到第i个重力灯塔的几何中心的时间。
利用公式
Figure BDA0002467403980000101
对所有重力灯塔的定位偏差进行归一化；max(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最大定位偏差，min(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最小定位偏差。
利用公式
Figure BDA0002467403980000102
对所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离进行归一化；Leni为所述当前海域的潜艇的位置和第i个重力灯塔的几何中心之间的距离，max(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最大距离，min(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最小距离。
利用公式
Figure BDA0002467403980000103
确定所述重力灯塔的优选因子。
根据优选因子最大对应的重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
S105，根据所述潜艇的当前位置重置所述惯性导航系统。
S106，根据重置后的惯性导航系统进行导航。
本发明所提供的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法利用重力灯塔分布有效扇区，对重力灯塔预报范围制订了量化规则。避免了预报范围过大引起的冗余搜索，也避免了预报范围过小而达不到预报目的；实时描述潜艇与重力灯塔分布有效扇区内重力灯塔的拓扑关系，并依据惯导偏差累积特征对重力灯塔分布有效扇区做了三重划分，避免潜艇过早或过晚匹配，便于合理选择匹配校正时机。建立了重力灯塔优选因子，使得在重力灯塔分布有效扇区内选择灯塔不再是靠主观经验，而是有着明确的优选规则。
图7为本发明所提供的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航系统结构示意图，如图7所示，本发明所提供的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航系统，包括：信息获取模块701、重力灯塔分布有效扇区确定模块702、重力灯塔获取模块703、潜艇的当前位置确定模块704、惯性导航系统重置模块705和导航模块706。
信息获取模块701用于获取潜艇所在的当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹。
重力灯塔分布有效扇区确定模块702用于根据所述当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区；在所述重力灯塔分布有效扇区内的重力灯塔会影响潜艇导航。
重力灯塔获取模块703用于获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔。
潜艇的当前位置确定模块704用于根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
惯性导航系统重置模块705用于根据所述潜艇的当前位置重置所述惯性导航系统。
导航模块706用于根据重置后的惯性导航系统进行导航。
所述重力灯塔分布有效扇区确定模块702具体包括：航行距离确定单元、偏差角度获取单元和重力灯塔分布有效扇区确定单元。
航行距离确定单元用于利用公式
Figure BDA0002467403980000121
确定惯性导航系统从偏差为0nmi至1nmi时潜艇的航行距离；其中，v为航速，Δh为最大容忍定位偏差，ε为惯性导航系统每小时累积的位置定位偏差。
偏差角度获取单元用于获取所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度。
重力灯塔分布有效扇区确定单元用于以所述潜艇所在的当前海域的潜艇的位置为圆心，以所述航行距离为半径，以2倍的所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度为张开角度，以所述航向为张开角度方向，确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区。
所述重力灯塔获取模块703具体包括：重力灯塔的几何中心获取单元、距离和夹角计算单元和重力灯塔提取单元。
重力灯塔的几何中心获取单元用于获取所述当前海域的重力灯塔的几何中心。
距离和夹角计算单元用于计算所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离和夹角。
重力灯塔提取单元用于提取距离小于或等于所述航行距离且夹角小于或等于所述偏差角度的重力灯塔。
所述潜艇的当前位置确定模块704具体包括：重力灯塔分布有效扇区等级划分单元、判断单元、潜艇的当前位置第一确定单元、潜艇的当前位置第二确定单元、潜艇的当前位置第三确定单元和潜艇的当前位置第四确定单元。
重力灯塔分布有效扇区等级划分单元用于对所述重力灯塔分布有效扇区进行等级划分；等级划分后的重力灯塔分布有效扇区包括初级偏差区、中级偏差区和危险偏差区；所述初级偏差区为扇区半径在0～1/3r之间的区域；所述中级偏差区为扇区半径在1/3r～2/3r之间的区域；所述危险偏差区为扇区半径在2/3r～r之间的区域。
判断单元用于判断所述重力灯塔处于的区域。
潜艇的当前位置第一确定单元用于若所述重力灯塔都处于所述初级偏差区，则将所述潜艇上浮，利用导航卫星确定所述潜艇的当前位置。
潜艇的当前位置第二确定单元用于若所述重力灯塔都处于所述中级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
潜艇的当前位置第三确定单元用于若所述重力灯塔都处于所述危险级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
潜艇的当前位置第四确定单元用于若所述重力灯塔在所述中级偏差区和所述危险级偏差区均有分布，则根据处于所述中级偏差区的所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
所述潜艇的当前位置确定模块704还包括：等级因子获取单元、定位偏差确定单元、定位偏差归一化单元、距离归一化单元、优选因子确定单元和潜艇的当前位置第五确定单元。
等级因子获取单元用于获取重力灯塔的等级因子DJfactor；所述等级因子为网格重力异常的变化程度。
定位偏差确定单元用于利用公式PCi＝ti·ε确定第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差；PCi为第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差，ti为从所述潜艇位置到第i个重力灯塔的几何中心的时间。
定位偏差归一化单元用于利用公式
Figure BDA0002467403980000131
对所有重力灯塔的定位偏差进行归一化；max(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最大定位偏差，min(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最小定位偏差。
距离归一化单元用于利用公式
Figure BDA0002467403980000132
对所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离进行归一化；Leni为所述当前海域的潜艇的位置和第i个重力灯塔的几何中心之间的距离，max(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最大距离，min(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最小距离。
优选因子确定单元用于利用公式
Figure BDA0002467403980000141
确定所述重力灯塔的优选因子。
潜艇的当前位置第五确定单元用于根据优选因子最大对应的重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，其特征在于，包括：
获取潜艇所在的当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹；
根据所述当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区；在所述重力灯塔分布有效扇区内的重力灯塔会影响潜艇导航；
获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔；
根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
根据所述潜艇的当前位置重置所述惯性导航系统；
根据重置后的惯性导航系统进行导航。
2.根据权利要求1所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，其特征在于，所述根据所述当前海域的潜艇的位置、航向和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区，具体包括：
利用公式
Figure FDA0002467403970000011
确定惯性导航系统从偏差为0nmi至1nmi时潜艇的航行距离；其中，v为航速，Δh为最大容忍定位偏差，ε为惯性导航系统每小时累积的位置定位偏差；
获取所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度；
以所述潜艇所在的当前海域的潜艇的位置为圆心，以所述航行距离为半径，以2倍的所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度为张开角度，以所述航向为张开角度方向，确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区。
3.根据权利要求2所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，其特征在于，所述获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔，具体包括：
获取所述当前海域的重力灯塔的几何中心；
计算所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离和夹角；
提取距离小于或等于所述航行距离且夹角小于或等于所述偏差角度的重力灯塔。
4.根据权利要求2所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，其特征在于，所述根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置，具体包括：
对所述重力灯塔分布有效扇区进行等级划分；等级划分后的重力灯塔分布有效扇区包括初级偏差区、中级偏差区和危险偏差区；所述初级偏差区为扇区半径在0～1/3r之间的区域；所述中级偏差区为扇区半径在1/3r～2/3r之间的区域；所述危险偏差区为扇区半径在2/3r～r之间的区域；
判断所述重力灯塔处于的区域；
若所述重力灯塔都处于所述初级偏差区，则将所述潜艇上浮，利用导航卫星确定所述潜艇的当前位置；
若所述重力灯塔都处于所述中级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
若所述重力灯塔都处于所述危险级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
若所述重力灯塔在所述中级偏差区和所述危险级偏差区均有分布，则根据处于所述中级偏差区的所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
5.根据权利要求2所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，其特征在于，所述根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置，还包括：
获取重力灯塔的等级因子DJfactor；所述等级因子为网格重力异常的变化程度；
利用公式PCi＝ti·ε确定第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差；PCi为第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差，ti为从所述潜艇位置到第i个重力灯塔的几何中心的时间；
利用公式
Figure FDA0002467403970000021
对所有重力灯塔的定位偏差进行归一化；max(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最大定位偏差，min(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最小定位偏差；
利用公式
Figure FDA0002467403970000031
对所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离进行归一化；Leni为所述当前海域的潜艇的位置和第i个重力灯塔的几何中心之间的距离，max(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最大距离，min(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最小距离；
利用公式
Figure FDA0002467403970000032
确定所述重力灯塔的优选因子；
根据优选因子最大对应的重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
6.一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航系统，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取潜艇所在的当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹；
重力灯塔分布有效扇区确定模块，用于根据所述当前海域的潜艇的位置、航向、航速和预设轨迹确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区；在所述重力灯塔分布有效扇区内的重力灯塔会影响潜艇导航；
重力灯塔获取模块，用于获取几何中心处于所述重力灯塔分布有效扇区的重力灯塔；
潜艇的当前位置确定模块，用于根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
惯性导航系统重置模块，用于根据所述潜艇的当前位置重置所述惯性导航系统；
导航模块，用于根据重置后的惯性导航系统进行导航。
7.根据权利要求6所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航系统，其特征在于，所述重力灯塔分布有效扇区确定模块具体包括：
航行距离确定单元，用于利用公式
Figure FDA0002467403970000041
确定惯性导航系统从偏差为0nmi至1nmi时潜艇的航行距离；其中，v为航速，Δh为最大容忍定位偏差，ε为惯性导航系统每小时累积的位置定位偏差；
偏差角度获取单元，用于获取所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度；
重力灯塔分布有效扇区确定单元，用于以所述潜艇所在的当前海域的潜艇的位置为圆心，以所述航行距离为半径，以2倍的所述惯性导航系统指示方向每小时累积的偏差角度为张开角度，以所述航向为张开角度方向，确定所述当前海域的潜艇的位置的重力灯塔分布有效扇区。
8.根据权利要求7所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航系统，其特征在于，所述重力灯塔获取模块具体包括：
重力灯塔的几何中心获取单元，用于获取所述当前海域的重力灯塔的几何中心；
距离和夹角计算单元，用于计算所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离和夹角；
重力灯塔提取单元，用于提取距离小于或等于所述航行距离且夹角小于或等于所述偏差角度的重力灯塔。
9.根据权利要求7所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，其特征在于，所述潜艇的当前位置确定模块具体包括：
重力灯塔分布有效扇区等级划分单元，用于对所述重力灯塔分布有效扇区进行等级划分；等级划分后的重力灯塔分布有效扇区包括初级偏差区、中级偏差区和危险偏差区；所述初级偏差区为扇区半径在0～1/3r之间的区域；所述中级偏差区为扇区半径在1/3r～2/3r之间的区域；所述危险偏差区为扇区半径在2/3r～r之间的区域；
判断单元，用于判断所述重力灯塔处于的区域；
潜艇的当前位置第一确定单元，用于若所述重力灯塔都处于所述初级偏差区，则将所述潜艇上浮，利用导航卫星确定所述潜艇的当前位置；
潜艇的当前位置第二确定单元，用于若所述重力灯塔都处于所述中级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
潜艇的当前位置第三确定单元，用于若所述重力灯塔都处于所述危险级偏差区，则根据所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置；
潜艇的当前位置第四确定单元，用于若所述重力灯塔在所述中级偏差区和所述危险级偏差区均有分布，则根据处于所述中级偏差区的所述重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
10.根据权利要求7所述的一种沿航迹的重力灯塔的潜艇的导航方法，其特征在于，所述潜艇的当前位置确定模块还包括：
等级因子获取单元，用于获取重力灯塔的等级因子DJfactor；所述等级因子为网格重力异常的变化程度；
定位偏差确定单元，用于利用公式PCi＝ti·ε确定第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差；PCi为第i个重力灯塔与所述惯性导航系统的定位偏差，ti为从所述潜艇位置到第i个重力灯塔的几何中心的时间；
定位偏差归一化单元，用于利用公式
Figure FDA0002467403970000051
对所有重力灯塔的定位偏差进行归一化；max(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最大定位偏差，min(PC)为重力灯塔与所述惯性导航系统的最小定位偏差；
距离归一化单元，用于利用公式
Figure FDA0002467403970000052
对所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的距离进行归一化；Leni为所述当前海域的潜艇的位置和第i个重力灯塔的几何中心之间的距离，max(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最大距离，min(Len)为所述当前海域的潜艇的位置和所述重力灯塔的几何中心之间的最小距离；
优选因子确定单元，用于利用公式
Figure FDA0002467403970000053
确定所述重力灯塔的优选因子；
潜艇的当前位置第五确定单元，用于根据优选因子最大对应的重力灯塔确定所述潜艇的当前位置。
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