CN111536971B - 一种基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统。所述方法包括：当惯性导航系统的灵敏度不正常时，在当前海域的设定区域内进行往返的航迹重力异常的测量，得到多个重力异常测量数据；将相邻的轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据；根据当前区域的重力异常数据按照网格线对应相减，确定区域预装重力差面数据；根据区域重力差测量面数据和区域预装重力差面数据确定潜艇的当前位置；根据当前位置校正所述惯性导航系统；根据校正后的惯性导航系统进行导航；本发明提高潜艇的安全性和隐蔽性本发明所提供的一种基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统，提高潜艇的安全性和隐蔽性。

Description

一种基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统
技术领域
本发明涉及水下潜器重力导航领域，特别是涉及一种基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统。
背景技术
传统的重力匹配辅助导航，其匹配底图为全球海洋重力异常，有些区域变化明显利于匹配，有些区域变化平缓，没有明显的特征用于匹配。因此，为了明确的得到易匹配区，将特征明显的区域筛选出来构建了重力灯塔数据库。那么，在特征不明显的区域只能采用其他非重力导航手段，如卫星导航(需要上浮海面)、声呐导航(需要发送声呐，易被侦听)、天文导航(需要上浮海面)、地磁导航(易受潜艇自身磁性干扰)等等，这些导航技术安全性和隐蔽性不强。降低了潜艇的安全性、隐蔽性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统，提高潜艇的安全性和隐蔽性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于相邻测线重力差信息的导航方法，包括：
获取惯性导航系统的灵敏度；
判断所述灵敏度是否正常；
若所述灵敏度不正常，则在当前海域的设定区域内进行往返的航迹重力异常的测量，得到多个重力异常测量数据；所述往返的航迹包括多条，且所述航迹互相平行；
将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据；
根据所述惯性导航系统确定潜艇的指示位置；
根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据；所述海洋重力异常地图中的重力异常数据是标准格网；
根据当前区域的重力异常数据按照网格线对应相减，确定区域预装重力差面数据；
根据所述区域重力差测量面数据和所述区域预装重力差面数据确定所述潜艇的当前位置；
根据所述当前位置校正所述惯性导航系统；
根据校正后的惯性导航系统进行导航；
若所述灵敏度正常，则根据所述惯性导航系统进行导航。
可选的，所述将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据，之前还包括：
判断所述每个测量点的重力异常测量数据的位置是否属于设定范围；
若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置不属于所述设定范围，则将所述测量点剔除；
若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置属于所述设定范围，则将所述测量点保留。
可选的，所述将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据，具体包括：
将所述测量点最少的轨迹作为基准轨迹；
根据所述基准轨迹上的测量点确定剩余轨迹上的测量点；所述基准轨迹上的测量点的纬度与所述剩余轨迹上的测量点的纬度对应或者所述基准轨迹上的测量点的经度与所述剩余轨迹上的测量点的经度对应；
将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点两两相减，确定航迹间重力差值；
航迹间重力差值确定所述区域重力差测量面数据。
可选的，所述根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据，具体包括：
根据所述设定区域确定重力差区域；
根据所述重力差区域确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据。
一种基于相邻测线重力差信息的导航系统，包括：
灵敏度获取模块，用于获取惯性导航系统的灵敏度；
第一判断模块，用于判断所述灵敏度是否正常；
往返的航迹重力异常测量模块，用于若所述灵敏度不正常，则在当前海域的设定区域内进行往返的航迹重力异常的测量，得到多个重力异常测量数据；所述往返的航迹包括多条，且所述航迹互相平行；
区域重力差测量面数据确定模块，用于将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据；
指示位置确定模块，用于根据所述惯性导航系统确定潜艇的指示位置；
重力异常数据确定模块，用于根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据；所述海洋重力异常地图中的重力异常数据是标准格网；
区域预装重力差面数据确定模块，用于根据当前区域的重力异常数据按照网格线对应相减，确定区域预装重力差面数据；
当前位置确定模块，用于根据所述区域重力差测量面数据和所述区域预装重力差面数据确定所述潜艇的当前位置；
惯性导航系统校正模块，用于根据所述当前位置校正所述惯性导航系统；
第一导航模块，用于根据校正后的惯性导航系统进行导航；
第二导航模块，用于若所述灵敏度正常，则根据所述惯性导航系统进行导航。
可选的，还包括：
第二判断模块，用于判断所述每个测量点的重力异常测量数据的位置是否属于设定范围；
测量点剔除模块，用于若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置不属于所述设定范围，则将所述测量点剔除；
测量点保留模块，用于若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置属于所述设定范围，则将所述测量点保留。
可选的，所述区域重力差测量面数据确定模块具体包括：
基准轨迹确定单元，用于将所述测量点最少的轨迹作为基准轨迹；
剩余轨迹上的测量点确定单元，用于根据所述基准轨迹上的测量点确定剩余轨迹上的测量点；所述基准轨迹上的测量点的纬度与所述剩余轨迹上的测量点的纬度对应或者所述基准轨迹上的测量点的经度与所述剩余轨迹上的测量点的经度对应；
航迹间重力差值确定单元，用于将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点两两相减，确定航迹间重力差值；
区域重力差测量面数据确定单元，用于航迹间重力差值确定所述区域重力差测量面数据。
可选的，所述重力异常数据确定模块具体包括：
重力差区域确定单元，用于根据所述设定区域确定重力差区域；
重力异常数据确定单元，用于根据所述重力差区域确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据。
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：
本发明所提供的一种基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统，当惯性导航系统的灵敏度不正常时，即无重力特征或重力特征较弱区域，通过将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据，可以使无特征重力异常区域重新出现利于匹配导航的特征，削弱了艇载重力仪测量时的系统误差，使得该重力差准确且接近于预装重力差，利于准确匹配，在重力特征不明显的区域，潜艇无需上浮进行通信，提高了潜艇的隐蔽性和安全性。
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基于相邻测线重力差信息的导航方法流程示意图；
图2为本发明所提供的南北往返的航迹重力异常的测量示意图；
图3为本发明所提供的东西往返的航迹重力异常的测量示意图
图4为本发明所提供的测量点保留的航迹示意图；
图5为本发明所提供的保留测量值的渲染图；
图6为本发明所提供的区域重力差测量面数据示意图；
图7为本发明所提供的区域重力差测量面数据对应的渲染图；
图8为本发明所提供的当前区域的重力异常数据示意图；
图9为本发明所提供的当前区域的重力异常数据对应的渲染图；
图10为本发明所提供的区域预装重力差面数据示意图；
图11为本发明所提供的区域预装重力差面数据对应的渲染图；
图12为本发明所提供的一种基于相邻测线重力差信息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基于相邻测线重力差信息的导航方法及系统，提高潜艇的安全性和隐蔽性。
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基于相邻测线重力差信息的导航方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种基于相邻测线重力差信息的导航方法，包括：
S101，获取惯性导航系统的灵敏度。
S102，判断所述灵敏度是否正常。潜艇在途经重力异常变化不明显区域时，灵敏度不正常，即惯性导航系统失效。
S103，若所述灵敏度不正常，则在当前海域的设定区域内进行往返的航迹重力异常的测量，得到多个重力异常测量数据；所述往返的航迹包括多条，且所述航迹互相平行。设定区域为500m×500m。航向β∈[-45°，45°]或β∈[-135°，135°]时，潜艇沿南北向进行航迹重力异常测量，如图2所示；若航向β∈[45°，135°]或β∈[-135°，-45°]时，潜艇沿东西向进行航迹重力异常测量，如图3所示。
S104，将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据。
在S104之前，还包括：判断所述每个测量点的重力异常测量数据的位置是否属于设定范围。设置最大纬度阈值B1YZ，最小纬度阈值B2YZ，对所有数据的纬度B进行判断，只有满足B∈设定范围[B2YZ，B1YZ]的测点数据才予以保留，如图4所示，图5为本发明所提供的保留测量值的渲染图。
若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置不属于所述设定范围，则将所述测量点剔除。
若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置属于所述设定范围，则将所述测量点保留。
所述S104具体包括：
将所述测量点最少的轨迹作为基准轨迹。
根据所述基准轨迹上的测量点确定剩余轨迹上的测量点；所述基准轨迹上的测量点的纬度与所述剩余轨迹上的测量点的纬度对应或者所述基准轨迹上的测量点的经度与所述剩余轨迹上的测量点的经度对应。
将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点两两相减，确定航迹间重力差值。
航迹间重力差值确定所述区域重力差测量面数据，如图6所示，区域重力差测量面数据对应的渲染图如图7所示。由图7和图5可知，梯度重力变化很大，相比相减前，出现了低值区/高值区等特征区域，利于重力匹配。
作为一个具体的实施例，S104具体的过程为：
1)将轨迹由西到东分别编为线1,线2,…,线6。对应测点数为n(n1、n2、n3、n4、n5、n6)。
每条轨迹上的点由北向南编号：
①经度：Li,j i＝1,6j＝1,n；
②纬度：Bi,j i＝1,6j＝1,n；
③重力异常值：Δgi,j i＝1,6j＝1,n；
2)找出测点数最少的(假设为n1)，以此为基准，将其他测线上的测点内插为n1个。
3)以线1、线2为例。
线2插值前测点数为n2个，
插值后测点数为n1个，记为LL2,jj jj＝1,n1；
BB2,jj jj＝1,n1；
Δgg2,jj jj＝1,n1；
①令B2,1＝B1,1、B2,n2＝B1,n1、BB2,jj＝B1,jj jj＝1,n1；
则LL2,1＝L2,1、Δgg2,1＝Δg2,1，LL2,n1＝L2,n2、Δgg2,n1＝Δg2,n2；
②针对BB2,jj jj＝2,3,…(n1-1)，在线2中确定
BB2,jj∈[B2,j,B2,j+1]j＝1,2,…(n1-1)
则
Figure GDA0003206408620000081
记|B2,j-BB2,jj|＝Sa、|B2,j+1-BB2,jj|＝Sb；
Figure GDA0003206408620000082
则
Figure GDA0003206408620000083
至此，线2已内插为与线1同测点数，其余线处理方式与线2相同。
S105，根据所述惯性导航系统确定潜艇的指示位置。
S106，根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据；所述海洋重力异常地图中的重力异常数据是标准格网。
根据所述设定区域确定重力差区域。如果设定区域短边为a，长边为b，则重力差区域范围在设定区域的基础上，向东西南北各扩大a/2，如图8所示。
根据所述重力差区域确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据。重力异常数据对应的渲染图如图9所示。
S107，根据当前区域的重力异常数据按照网格线对应相减，确定区域预装重力差面数据，如图10所示，区域预装重力差面数据对应的渲染图，如图11所示。
S108，根据所述区域重力差测量面数据和所述区域预装重力差面数据确定所述潜艇的当前位置。
S109，根据所述当前位置校正所述惯性导航系统。
S110，根据校正后的惯性导航系统进行导航。
S111，若所述灵敏度正常，则根据所述惯性导航系统进行导航。
图12为本发明所提供的一种基于相邻测线重力差信息的导航系统结构示意图，如图12所示，本发明所提供的一种基于相邻测线重力差信息的导航系统，包括：灵敏度获取模块1201、第一判断模块1202、往返的航迹重力异常测量模块1203、区域重力差测量面数据确定模块1204、指示位置确定模块1205、重力异常数据确定模块1206、区域预装重力差面数据确定模块1207、当前位置确定模块1208、惯性导航系统校正模块1209、第一导航模块1210和第二导航模块1211。
灵敏度获取模块1201用于获取惯性导航系统的灵敏度。
第一判断模块1202用于判断所述灵敏度是否正常。
往返的航迹重力异常测量模块1203用于若所述灵敏度不正常，则在当前海域的设定区域内进行往返的航迹重力异常的测量，得到多个重力异常测量数据；所述往返的航迹包括多条，且所述航迹互相平行；
区域重力差测量面数据确定模块1204用于将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据。
指示位置确定模块1205用于根据所述惯性导航系统确定潜艇的指示位置；
重力异常数据确定模块1206用于根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据；所述海洋重力异常地图中的重力异常数据是标准格网。
区域预装重力差面数据确定模块1207用于根据当前区域的重力异常数据按照网格线对应相减，确定区域预装重力差面数据。
当前位置确定模块1208用于根据所述区域重力差测量面数据和所述区域预装重力差面数据确定所述潜艇的当前位置；
惯性导航系统校正模块1209用于根据所述当前位置校正所述惯性导航系统。
第一导航模块1210用于根据校正后的惯性导航系统进行导航。
第二导航模块1211用于若所述灵敏度正常，则根据所述惯性导航系统进行导航。
本发明所提供的一种基于相邻测线重力差信息的导航系统，还包括：第二判断模块、测量点剔除模块和测量点保留模块。
第二判断模块用于判断所述每个测量点的重力异常测量数据的位置是否属于设定范围。
测量点剔除模块用于若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置不属于所述设定范围，则将所述测量点剔除。
测量点保留模块用于若所述每个测量点的重力异常测量数据的位置属于所述设定范围，则将所述测量点保留。
所述区域重力差测量面数据确定模块1204具体包括：基准轨迹确定单元、剩余轨迹上的测量点确定单元、航迹间重力差值确定单元和区域重力差测量面数据确定单元。
基准轨迹确定单元用于将所述测量点最少的轨迹作为基准轨迹；
剩余轨迹上的测量点确定单元用于根据所述基准轨迹上的测量点确定剩余轨迹上的测量点；所述基准轨迹上的测量点的纬度与所述剩余轨迹上的测量点的纬度对应或者所述基准轨迹上的测量点的经度与所述剩余轨迹上的测量点的经度对应。
航迹间重力差值确定单元用于将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点两两相减，确定航迹间重力差值。
区域重力差测量面数据确定单元用于航迹间重力差值确定所述区域重力差测量面数据。
所述重力异常数据确定模块1206具体包括：重力差区域确定单元和重力异常数据确定单元。
重力差区域确定单元用于根据所述设定区域确定重力差区域。
重力异常数据确定单元用于根据所述重力差区域确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据。
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 (8)

1.一种基于相邻测线重力差信息的导航方法，其特征在于，包括：
获取惯性导航系统的灵敏度；
判断所述灵敏度是否正常；
若所述灵敏度不正常，则在当前海域的设定区域内进行往返的轨迹重力异常的测量，得到多个重力异常测量数据；所述往返的轨迹包括多条，且所述轨迹互相平行；
将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据；
根据所述惯性导航系统确定潜艇的指示位置；
根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据；所述海洋重力异常地图中的重力异常数据是标准格网；
根据当前区域的重力异常数据按照网格线对应相减，确定区域预装重力差面数据；
根据所述区域重力差测量面数据和所述区域预装重力差面数据确定所述潜艇的当前位置；
根据所述当前位置校正所述惯性导航系统；
根据校正后的惯性导航系统进行导航；
若所述灵敏度正常，则根据所述惯性导航系统进行导航。
2.根据权利要求1所述的一种基于相邻测线重力差信息的导航方法，其特征在于，所述将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据，之前还包括：
判断每个测量点的重力异常测量数据的位置是否属于设定范围；
若每个测量点的重力异常测量数据的位置不属于所述设定范围，则将所述测量点剔除；
若每个测量点的重力异常测量数据的位置属于所述设定范围，则将所述测量点保留。
3.根据权利要求1所述的一种基于相邻测线重力差信息的导航方法，其特征在于，所述将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据，具体包括：
将所述测量点最少的轨迹作为基准轨迹；
根据所述基准轨迹上的测量点确定剩余轨迹上的测量点；所述基准轨迹上的测量点的纬度与所述剩余轨迹上的测量点的纬度对应或者所述基准轨迹上的测量点的经度与所述剩余轨迹上的测量点的经度对应；
将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点两两相减，确定轨迹间重力差值；
轨迹间重力差值确定所述区域重力差测量面数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于相邻测线重力差信息的导航方法，其特征在于，所述根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据，具体包括：
根据所述设定区域确定重力差区域；
根据所述重力差区域确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据。
5.一种基于相邻测线重力差信息的导航系统，其特征在于，包括：
灵敏度获取模块，用于获取惯性导航系统的灵敏度；
第一判断模块，用于判断所述灵敏度是否正常；
往返的轨迹重力异常测量模块，用于若所述灵敏度不正常，则在当前海域的设定区域内进行往返的轨迹重力异常的测量，得到多个重力异常测量数据；所述往返的轨迹包括多条，且所述轨迹互相平行；
区域重力差测量面数据确定模块，用于将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点的重力异常测量数据对应相减，得到区域重力差测量面数据；
指示位置确定模块，用于根据所述惯性导航系统确定潜艇的指示位置；
重力异常数据确定模块，用于根据所述指示位置确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据；所述海洋重力异常地图中的重力异常数据是标准格网；
区域预装重力差面数据确定模块，用于根据当前区域的重力异常数据按照网格线对应相减，确定区域预装重力差面数据；
当前位置确定模块，用于根据所述区域重力差测量面数据和所述区域预装重力差面数据确定所述潜艇的当前位置；
惯性导航系统校正模块，用于根据所述当前位置校正所述惯性导航系统；
第一导航模块，用于根据校正后的惯性导航系统进行导航；
第二导航模块，用于若所述灵敏度正常，则根据所述惯性导航系统进行导航。
6.根据权利要求5所述的一种基于相邻测线重力差信息的导航系统，其特征在于，还包括：
第二判断模块，用于判断每个测量点的重力异常测量数据的位置是否属于设定范围；
测量点剔除模块，用于若每个测量点的重力异常测量数据的位置不属于所述设定范围，则将所述测量点剔除；
测量点保留模块，用于若每个测量点的重力异常测量数据的位置属于所述设定范围，则将所述测量点保留。
7.根据权利要求5所述的一种基于相邻测线重力差信息的导航系统，其特征在于，所述区域重力差测量面数据确定模块具体包括：
基准轨迹确定单元，用于将所述测量点最少的轨迹作为基准轨迹；
剩余轨迹上的测量点确定单元，用于根据所述基准轨迹上的测量点确定剩余轨迹上的测量点；所述基准轨迹上的测量点的纬度与所述剩余轨迹上的测量点的纬度对应或者所述基准轨迹上的测量点的经度与所述剩余轨迹上的测量点的经度对应；
轨迹间重力差值确定单元，用于将相邻的所述轨迹上的相同纬度或相同经度的测量点两两相减，确定轨迹间重力差值；
区域重力差测量面数据确定单元，用于轨迹间重力差值确定所述区域重力差测量面数据。
8.根据权利要求5所述的一种基于相邻测线重力差信息的导航系统，其特征在于，所述重力异常数据确定模块具体包括：
重力差区域确定单元，用于根据所述设定区域确定重力差区域；
重力异常数据确定单元，用于根据所述重力差区域确定海洋重力异常地图中的当前区域的重力异常数据。
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