CN113340300B - 一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统 - Google Patents

一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统，首先确定五个独立梯度分量和各独立梯度分量对应的第一形态参数集；其次在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；再次根据第一形态参数集和第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集；然后根据第一形态参数集和第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的初始定位结果；最后基于模糊规则，将各独立梯度分量对应的初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果。本发明采用五个独立梯度分量进行重力灯塔特征提取，利用实测区域内丰富的重力灯塔数据实现准确匹配定位水下潜器的最终位置。

Description

一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统
技术领域
本发明涉及水下潜器定位技术领域，特别是涉及一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统。
背景技术
水下重力灯塔定位方法实质是对全球海底地形图进行分析，规定大于某一高程阈值的地形特征为灯塔，从全球海洋重力异常图中筛选出灯塔处对应的重力数据，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，从而获取水下潜器自身坐标并校正惯导系统。
在重力场辅助导航中，重力梯度可以直观的反演区域重力变化情况，并提供比单一重力异常更加丰富的特征集合，同时重力梯度数据对于区域地形的变化情况更加敏感。重力梯度张量共有九个梯度分量，其中五个梯度分量完全独立，这为重力匹配导航提供了更为全面且可靠的基准数据。国际上重力梯度仪的研究已经历经百余年的历史，多种全张量重力梯度仪均已得到成熟的应用。目前，先进的超导重力仪和原子干涉重力仪也正在取得快速的研制过程中。我国自主重力梯度仪的研究在近些年也取得重要的进展。这使得基于重力梯度的导航方法无论在机理上还是在装置上都具有极强的可行性，并具备提供高精度导航定位信息的重要价值。
实现高精度重力灯塔定位的关键是在一次匹配运算中，匹配数据中需要包含足够多且准确的重力灯塔。在导航区域和重力测量仪器一定的情形下，匹配模式的选择成为决定定位准确性的因素。而现有水下潜器定位方法中一维测线或较窄的测量条带难以提供足够的重力灯塔数据用于匹配，同时低维度或者单一的重力梯度分量也会成为限制特征丰富程度的重要因素，因此很难准确匹配定位水下潜器位置，进而无法准确校准水下惯性导航系统误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统，以实现准确定位水下潜器位置。
为实现上述目的，本发明提供了一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法，所述方法包括：
步骤S1：基于重力梯度张量矩阵确定五个独立梯度分量；
步骤S2：确定实测区域和各独立梯度分量对应的第一形态参数集；所述第一形态参数集包括所述实测区域内各重力灯塔的形态参数；
步骤S3：在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；所述第二形态参数集包括各所述待匹配区域内各重力灯塔的形态参数；
步骤S4：根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集；所述第三形态参数集包括各所述待匹配子区域内各重力灯塔的形态参数；
步骤S5：根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果；
步骤S6：基于模糊规则，根据各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果。
可选地，所述步骤S2具体包括：
步骤S21：确定第一边长LM；
步骤S22：根据导航区域重力梯度基准图内灯塔分布状态，设计水下潜器的测线，在导航区域内测量重力梯度数据，获得实测图；
步骤S23：在实测图上，设水下潜器的待匹配位置点为PM，以PM为正方形对角线的中心，LM为正方形的边长，构成的正方形区域作为实测区域，记为AM；
步骤S24：基于实测区域内的重力梯度数据提取各独立梯度分量对应的多个重力灯塔；
步骤S25：计算各独立梯度分量对应的第一形态参数集。
可选地，所述步骤S3具体包括：
步骤S31：根据惯导系统的概略误差确定第二边长LINS；
步骤S32：在导航区域重力梯度基准图中，以待匹配点惯导系统指示位置PINS为正方形对角线的中心，LINS为正方形的边长，构成的正方形区域作为第一匹配搜索区域；
步骤S33：在所述第一匹配搜索区域内，以第一设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配区域；
步骤S34：计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集。
可选地，所述步骤S4具体包括：
步骤S41：根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度；
步骤S42：选出所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度最高的多个待匹配区域，并以选出的各待匹配区域为正方形对角线的中心，LM+2×d为正方形的边长，构成的正方形区域作为第二匹配搜索区域；其中，d表示第一设定间距，LM表示第一边长；
步骤S43：在所述第二匹配搜索区域内，以第二设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配子区域；
步骤S44：计算各独立梯度分量对应的第三形态参数集。
可选地，所述步骤S5具体包括：
步骤S51：根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度；
步骤S52：选出所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度最高的待匹配子区域作为水下潜器初始定位结果。
可选地，所述步骤S6具体包括：
步骤S61：根据各独立梯度分量下水下潜器初始定位结果对应的灯塔特征匹配度计算各独立梯度分量对应的归一化可靠性；
步骤S62：根据各独立梯度分量对应的归一化可靠性和水下潜器初始定位结果确定水下潜器最终定位结果。
本发明还提供一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位系统，所述系统包括：
五个独立梯度分量确定模块，用于基于重力梯度张量矩阵确定五个独立梯度分量；
第一形态参数集确定模块，用于确定实测区域和各独立梯度分量对应的第一形态参数集；所述第一形态参数集包括所述实测区域内各重力灯塔的形态参数；
第二形态参数集确定模块，用于在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；所述第二形态参数集包括各所述待匹配区域内各重力灯塔的形态参数；
第三形态参数集确定模块，用于根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集；所述第三形态参数集包括各所述待匹配子区域内各重力灯塔的形态参数；
水下潜器初始定位结果确定模块，用于根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果；
水下潜器最终定位结果确定模块，用于基于模糊规则，根据各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果。
可选地，所述第一形态参数集确定模块，具体包括：
第一边长确定单元，用于确定第一边长LM；
实测图确定单元，用于根据导航区域重力梯度基准图内灯塔分布状态，设计水下潜器的测线，在导航区域内测量重力梯度数据，获得实测图；
实测区域确定单元，用于在实测图上，设水下潜器的待匹配位置点为PM，以PM为正方形对角线的中心，LM为正方形的边长，构成的正方形区域作为实测区域，记为AM；
重力灯塔确定单元，用于基于实测区域内的重力梯度数据提取各独立梯度分量对应的多个重力灯塔；
第一形态参数集确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第一形态参数集。
可选地，所述第二形态参数集确定模块，具体包括：
第二边长确定单元，用于根据惯导系统的概略误差确定第二边长LINS；
第一匹配搜索区域确定单元，用于在导航区域重力梯度基准图中，以待匹配点惯导系统指示位置PINS为正方形对角线的中心，LINS为正方形的边长，构成的正方形区域作为第一匹配搜索区域；
待匹配区域确定单元，用于在所述第一匹配搜索区域内，以第一设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配区域；
第二形态参数集确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集。
可选地，所述第三形态参数集确定模块，具体包括：
第一灯塔特征匹配度确定单元，用于根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度；
第二匹配搜索区域确定单元，用于选出所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度最高的多个待匹配区域，并以选出的各待匹配区域为正方形对角线的中心，LM+2×d为正方形的边长，构成的正方形区域作为第二匹配搜索区域；其中，d表示第一设定间距，LM表示第一边长；
待匹配子区域确定单元，用于在所述第二匹配搜索区域内，以第二设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配子区域；
第三形态参数确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第三形态参数集。
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：
本发明提出一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统，综合采用五个独立梯度分量进行重力灯塔特征提取，并设计实测区域，利用实测区域内丰富的重力灯塔数据，实现准确的匹配定位水下潜器的最终位置，以校准水下惯性导航系统误差。
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为本发明实施例多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法流程图；
图2为本发明实施例灯塔形态参数示意图；
图3为本发明实施例划分待匹配区域示意图；
图4为本发明实施例多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位系统结构图。
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多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法及系统，以实现准确定位水下潜器位置。
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。
重力匹配辅助导航：通过测高卫星数据获取全球海洋重力异常图，预先装入潜艇导航终端。通过艇载重力仪实时测量航迹上的重力异常值，将一段时间的航迹重力异常测量结果与预装海洋重力异常图进行匹配，从而获得潜艇自身坐标，用以校正惯导系统。
重力灯塔：海洋中存在有大量火山喷发和板块运动形成的极陡峭海山，在其顶部会产生很突出的局部重力高值，形成明显的重力特征点群。海洋重力场在局部海底地形突出和地下质量聚集的分布情况影响下，会形成类似陆地地形一样的分布纹理特征，存在重力“山峰”、“山谷”、“山脊”等现象的重力异常高值区、低值区及平缓区，因此将这些存在于海底，天然、离散分布的重力高值特征点群视为导航的“灯塔”，即为“重力灯塔”。
如图1所示，本发明提供一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法，所述方法包括：
步骤S1：基于重力梯度张量矩阵确定五个独立梯度分量；
步骤S2：确定实测区域和各独立梯度分量对应的第一形态参数集；所述第一形态参数集包括所述实测区域内各重力灯塔的形态参数。
步骤S3：在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；所述第二形态参数集包括各所述待匹配区域内各重力灯塔的形态参数。
步骤S4：根据所述第一形态参数集和第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集；所述第三形态参数集包括各所述待匹配子区域内各重力灯塔的形态参数。
步骤S5：根据所述第一形态参数集和第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果。
步骤S6：基于模糊规则，根据各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果。
下面对各个步骤进行详细论述：
步骤S1：基于重力梯度张量矩阵确定五个独立梯度分量；所述重力梯度张量矩阵的具体公式为：
Figure BDA0003093533010000071
其中，Γ表示重力梯度张量矩阵，且Γxy＝Γyx，Γxz＝Γzx，Γxx+Γyy+Γzz＝0，因此，Γxx，Γxy，Гxz，Γyy，Γyz为五个独立梯度分量。
步骤S2：确定实测区域和各独立梯度分量对应的第一形态参数集，具体包括：
步骤S21：确定第一边长LM，具体包括：
步骤S211：确定各独立梯度分量对应的子图，获得多个独立梯度分量子图。
步骤S212：在导航区域重力梯度基准图中分别提取所述五个独立梯度分量子图中重力灯塔的数量，分别记为Nxx，Nxy，Nxz，Nyy，Nyz。
步骤S213：根据NU＝(Nxx+Nxy+Nxz+Nyy+Nyz)/AN计算单位面积内包含所有重力灯塔的数量；其中，NU表示单位面积内包含所有重力灯塔的数量，AN表示导航区域重力梯度基准图的总面积。
步骤S214：根据AM＝NM÷NU计算单次匹配区域面积；其中，NM表示单次匹配区域内重力灯塔的最小数目，AM表示单次匹配区域面积。
步骤S216：根据
Figure BDA0003093533010000072
计算第一边长LM。
步骤S22：根据导航区域重力梯度基准图内灯塔分布状态，设计水下潜器的测线，在导航区域内测量重力梯度数据，获得实测图。
步骤S23：在实测图上，设水下潜器的待匹配位置点为PM，以PM为正方形对角线的中心，LM为正方形的边长，构成的正方形区域作为实测区域，记为AM。
步骤S24：基于实测区域内的重力梯度数据提取各独立梯度分量对应的多个重力灯塔。
步骤S25：计算各独立梯度分量对应的第一形态参数集；所述第一形态参数集包括实测区域内各重力灯塔的形态参数；所述形态参数包括：重力灯塔中心的位置、重力灯塔外切椭圆的长轴长度、短轴长度、属性和形态走向角度；所述属性为极小值重力灯塔还是极大值重力灯塔。
如图2所示，a表示重力灯塔外切椭圆的长轴长度，b表示短轴长度，α表示形态走向角度。
步骤S3：在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集，具体包括：
步骤S31：根据惯导系统的概略误差确定第二边长LINS，具体公式为：
LINS≥2·eINS；
其中，eINS表示上次匹配校准后惯导系统的概略误差。
步骤S32：在导航区域重力梯度基准图中，以待匹配点惯导系统指示位置PINS为正方形对角线的中心，LINS为正方形的边长，构成的正方形区域作为第一匹配搜索区域，记为AF。
步骤S33：在所述第一匹配搜索区域AF内，以第一设定间距d进行划分，获得N个相互重叠的待匹配区域，记为
Figure BDA0003093533010000081
具体详见图3所示。
步骤S34：计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；所述第二形态参数集包括各所述待匹配区域内各重力灯塔的形态参数。
步骤S4：根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集，具体包括：
步骤S41：根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度，具体公式为：
Figure BDA0003093533010000091
其中，μi为实测区域AM与第i个待匹配区域
Figure BDA0003093533010000092
之间的灯塔特征匹配度，N1为实测区域AM与第i个待匹配区域
Figure BDA0003093533010000093
中相对应重力灯塔的数量，将AM中与
Figure BDA0003093533010000094
中某个灯塔距离最近且距离小于dmin的灯塔作为相对应重力灯塔，N2为AM与
Figure BDA0003093533010000095
中无法对应的重力灯塔总数，
Figure BDA0003093533010000096
和
Figure BDA0003093533010000097
分别表示AM与
Figure BDA0003093533010000098
中第j个对应重力灯塔的属性，当重力灯塔为极大值重力灯塔时，
Figure BDA0003093533010000099
当当灯塔为极小值灯塔时，
Figure BDA00030935330100000910
Figure BDA00030935330100000911
为实测区域内第j个重力灯塔外切椭圆的长轴长度，
Figure BDA00030935330100000912
为第i个待匹配区域
Figure BDA00030935330100000913
中重力灯塔外切椭圆的长轴长度，
Figure BDA00030935330100000914
为实测区域内第j个重力灯塔外切椭圆的短轴长度，
Figure BDA00030935330100000915
为第i个待匹配区域
Figure BDA00030935330100000916
中重力灯塔外切椭圆的短轴长度，
Figure BDA00030935330100000917
为实测区域内第j个重力灯塔中心的位置，
Figure BDA00030935330100000918
为第i个待匹配区域
Figure BDA00030935330100000919
中重力灯塔中心的位置。
步骤S42：选出所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度最高的多个待匹配区域，并以选出的各待匹配区域为正方形对角线的中心，LM+2×d为正方形的边长，构成的正方形区域作为第二匹配搜索区域，d为第一设定间距。
步骤S43：在所述第二匹配搜索区域内，以第二设定间距d1(d1＜d)进行划分，获得Q个相互重叠的待匹配子区域。
步骤S44：计算各独立梯度分量对应的第三形态参数；所述第三形态参数集包括各所述待匹配子区域内各重力灯塔的形态参数。
步骤S5：根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果，具体包括：
步骤S51：根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度；具体可参考公式(2)进行求取所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度。
步骤S52：选出所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度最高的待匹配子区域作为水下潜器初始定位结果。
步骤S6：基于模糊规则，根据各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果，具体包括：
步骤S61：根据各独立梯度分量下水下潜器初始定位结果对应的灯塔特征匹配度计算各独立梯度分量对应的归一化可靠性。
计算独立梯度分量Γxy对应的归一化可靠性的具体公式为：
Figure BDA0003093533010000101
其中，
Figure BDA0003093533010000102
μxy、μxx、μxy、μxz、μyy和μyz为各独立梯度分量对应的灯塔特征匹配度。
具体可参考公式(3)分别进行求取Γxx，Γxz，Γyy和Γyz对应的灯塔特征匹配度。
步骤S62：根据各独立梯度分量对应的归一化可靠性和水下潜器初始定位结果确定水下潜器最终定位结果，具体公式为：
P＝Pxx·τxx+Pxy·τxy+Pxz·τxz+Pyy·τyy+Pyz·τyz
其中，P为水下潜器最终定位结果，Pxx、Pxy、Pxz、Pyy、Pyz为各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果，τxy、τxx、τxz、τyy、τyz各独立梯度分量对应的归一化可靠性。
如图4所示，本发明还提供一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位系统，所述系统包括：
五个独立梯度分量确定模块401，用于基于重力梯度张量矩阵确定五个独立梯度分量。
第一形态参数集确定模块402，用于确定实测区域和各独立梯度分量对应的第一形态参数集；所述第一形态参数集包括所述实测区域内各重力灯塔的形态参数。
第二形态参数集确定模块403，用于在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；所述第二形态参数集包括各所述待匹配区域内各重力灯塔的形态参数。
第三形态参数集确定模块404，用于根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集；所述第三形态参数集包括各所述待匹配子区域内各重力灯塔的形态参数。
水下潜器初始定位结果确定模块405，用于根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果。
水下潜器最终定位结果确定模块406，用于基于模糊规则，根据各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果。
作为一种实施方式，本发明所述第一形态参数集确定模块402，具体包括：
第一边长确定单元，用于确定第一边长LM。
实测图确定单元，用于根据导航区域重力梯度基准图内灯塔分布状态，设计水下潜器的测线，在导航区域内测量重力梯度数据，获得实测图。
实测区域确定单元，用于在实测图上，设水下潜器的待匹配位置点为PM，以PM为正方形对角线的中心，LM为正方形的边长，构成的正方形区域作为实测区域，记为AM。
重力灯塔确定单元，用于基于实测区域内的重力梯度数据提取各独立梯度分量对应的多个重力灯塔。
第一形态参数集确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第一形态参数集。
作为一种实施方式，本发明所述第二形态参数集确定模块403，具体包括：
第二边长确定单元，用于根据惯导系统的概略误差确定第二边长LINS。
第一匹配搜索区域确定单元，用于在导航区域重力梯度基准图中，以待匹配点惯导系统指示位置PINS为正方形对角线的中心，LINS为正方形的边长，构成的正方形区域作为第一匹配搜索区域。
待匹配区域确定单元，用于在所述第一匹配搜索区域内，以第一设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配区域。
第二形态参数集确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集。
作为一种实施方式，本发明所述第三形态参数集确定模块404，具体包括：
第一灯塔特征匹配度确定单元，用于根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度。
第二匹配搜索区域确定单元，用于选出所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度最高的多个待匹配区域，并以选出的各待匹配区域为正方形对角线的中心，LM+2×d为正方形的边长，构成的正方形区域作为第二匹配搜索区域；其中，d表示第一设定间距。
待匹配子区域确定单元，用于在所述第二匹配搜索区域内，以第二设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配子区域。
第三形态参数确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第三形态参数集。
作为一种实施方式，本发明所述水下潜器初始定位结果确定模块405，具体包括：第二灯塔特征匹配度确定单元，用于根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度。
水下潜器初始定位结果确定单元，用于选出所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度最高的待匹配子区域作为水下潜器初始定位结果。
作为一种实施方式，本发明所述水下潜器最终定位结果确定模块406，具体包括：
归一化可靠性确定单元，用于根据各独立梯度分量下水下潜器初始定位结果对应的灯塔特征匹配度计算各独立梯度分量对应的归一化可靠性。
水下潜器最终定位结果确定单元，用于根据各独立梯度分量对应的归一化可靠性和水下潜器初始定位结果确定水下潜器最终定位结果。
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 (2)

1.一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：基于重力梯度张量矩阵确定五个独立梯度分量；
步骤S2：确定实测区域和各独立梯度分量对应的第一形态参数集；所述第一形态参数集包括所述实测区域内各重力灯塔的形态参数；
步骤S3：在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；所述第二形态参数集包括各所述待匹配区域内各重力灯塔的形态参数；
步骤S4：根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集；所述第三形态参数集包括各所述待匹配子区域内各重力灯塔的形态参数；
步骤S5：根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果；
步骤S6：基于模糊规则，根据各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果；
所述步骤S2具体包括：
步骤S21：确定第一边长LM；
步骤S22：根据导航区域重力梯度基准图内灯塔分布状态，设计水下潜器的测线，在导航区域内测量重力梯度数据，获得实测图；
步骤S23：在实测图上，设水下潜器的待匹配位置点为PM，以PM为正方形对角线的中心，LM为正方形的边长，构成的正方形区域作为实测区域，记为AM；
步骤S24：基于实测区域内的重力梯度数据提取各独立梯度分量对应的多个重力灯塔；
步骤S25：计算各独立梯度分量对应的第一形态参数集；
所述步骤S3具体包括：
步骤S31：根据惯导系统的概略误差确定第二边长LINS；
步骤S32：在导航区域重力梯度基准图中，以待匹配点惯导系统指示位置PINS为正方形对角线的中心，LINS为正方形的边长，构成的正方形区域作为第一匹配搜索区域；
步骤S33：在所述第一匹配搜索区域内，以第一设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配区域；
步骤S34：计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；
所述步骤S4具体包括：
步骤S41：根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度；
步骤S42：选出所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度最高的多个待匹配区域，并以选出的各待匹配区域为正方形对角线的中心，LM+2×d为正方形的边长，构成的正方形区域作为第二匹配搜索区域；其中，d表示第一设定间距，LM表示第一边长；
步骤S43：在所述第二匹配搜索区域内，以第二设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配子区域；
步骤S44：计算各独立梯度分量对应的第三形态参数集；
所述步骤S5具体包括：
步骤S51：根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度；
步骤S52：选出所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度最高的待匹配子区域作为水下潜器初始定位结果；
所述步骤S6具体包括：
步骤S61：根据各独立梯度分量下水下潜器初始定位结果对应的灯塔特征匹配度计算各独立梯度分量对应的归一化可靠性；
步骤S62：根据各独立梯度分量对应的归一化可靠性和水下潜器初始定位结果确定水下潜器最终定位结果。
2.一种多维重力梯度灯塔面状匹配潜器定位系统，其特征在于，所述系统包括：
五个独立梯度分量确定模块，用于基于重力梯度张量矩阵确定五个独立梯度分量；
第一形态参数集确定模块，用于确定实测区域和各独立梯度分量对应的第一形态参数集；所述第一形态参数集包括所述实测区域内各重力灯塔的形态参数；
第二形态参数集确定模块，用于在导航区域重力梯度基准图上划分多个待匹配区域，计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；所述第二形态参数集包括各所述待匹配区域内各重力灯塔的形态参数；
第三形态参数集确定模块，用于根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集确定多个待匹配子区域和各独立梯度分量对应的第三形态参数集；所述第三形态参数集包括各所述待匹配子区域内各重力灯塔的形态参数；
水下潜器初始定位结果确定模块，用于根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集确定各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果；
水下潜器最终定位结果确定模块，用于基于模糊规则，根据各独立梯度分量对应的水下潜器初始定位结果进行融合，获得水下潜器最终定位结果；
所述第一形态参数集确定模块，具体包括：
第一边长确定单元，用于确定第一边长LM；
实测图确定单元，用于根据导航区域重力梯度基准图内灯塔分布状态，设计水下潜器的测线，在导航区域内测量重力梯度数据，获得实测图；
实测区域确定单元，用于在实测图上，设水下潜器的待匹配位置点为PM，以PM为正方形对角线的中心，LM为正方形的边长，构成的正方形区域作为实测区域，记为AM；
重力灯塔确定单元，用于基于实测区域内的重力梯度数据提取各独立梯度分量对应的多个重力灯塔；
第一形态参数集确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第一形态参数集；
所述第二形态参数集确定模块，具体包括：
第二边长确定单元，用于根据惯导系统的概略误差确定第二边长LINS；
第一匹配搜索区域确定单元，用于在导航区域重力梯度基准图中，以待匹配点惯导系统指示位置PINS为正方形对角线的中心，LINS为正方形的边长，构成的正方形区域作为第一匹配搜索区域；
待匹配区域确定单元，用于在所述第一匹配搜索区域内，以第一设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配区域；
第二形态参数集确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第二形态参数集；
所述第三形态参数集确定模块，具体包括：
第一灯塔特征匹配度确定单元，用于根据所述第一形态参数集和所述第二形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度；
第二匹配搜索区域确定单元，用于选出所述实测区域与各所述待匹配区域之间的灯塔特征匹配度最高的多个待匹配区域，并以选出的各待匹配区域为正方形对角线的中心，LM+2×d为正方形的边长，构成的正方形区域作为第二匹配搜索区域；其中，d表示第一设定间距，LM表示第一边长；
待匹配子区域确定单元，用于在所述第二匹配搜索区域内，以第二设定间距进行划分，获得多个相互重叠的待匹配子区域；
第三形态参数确定单元，用于计算各独立梯度分量对应的第三形态参数集；
所述水下潜器初始定位结果确定模块，具体包括：
第二灯塔特征匹配度确定单元，用于根据所述第一形态参数集和所述第三形态参数集计算所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度；
水下潜器初始定位结果确定单元，用于选出所述实测区域与各所述待匹配子区域之间的灯塔特征匹配度最高的待匹配子区域作为水下潜器初始定位结果；
所述水下潜器最终定位结果确定模块，具体包括：
归一化可靠性确定单元，用于根据各独立梯度分量下水下潜器初始定位结果对应的灯塔特征匹配度计算各独立梯度分量对应的归一化可靠性；
水下潜器最终定位结果确定单元，用于根据各独立梯度分量对应的归一化可靠性和水下潜器初始定位结果确定水下潜器最终定位结果。
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