CN113591012B - 一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法及系统，涉及水下重力导航技术领域，方法包括：根据获取的实测重力灯塔确定最佳匹配重力灯塔；根据实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个实测重力梯度图的经纬度；其中维度数为六个；根据最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中维度数为六个；根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。本发明利用相似度对比将六个维度的重力梯度图综合处理后，提高了水下潜器定位精度。

Description

一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法及系统
技术领域
本发明涉及水下重力导航技术领域，特别是涉及一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法及系统。
背景技术
水下重力梯度灯塔匹配辅助导航方法：通过测高卫星重力位数据在各坐标轴上的分量对相同或者不同坐标轴的变化率获取六幅全球海洋重力梯度底图，从六幅全球海洋重力梯度底图中各自筛选出特征明显的数据，构建六个重力梯度灯塔数据库，预先装入潜艇导航终端。通过艇载重力梯度仪实时测量航迹所在灯塔区域上的重力梯度值，将重力梯度灯塔区域的六幅航迹重力梯度测量结果图与预装六幅海洋重力梯度底图进行匹配，六次匹配结果综合处理后获得潜艇自身坐标，用以校正惯导系统。
水下重力灯塔面状匹配导航方法：潜器在重力灯塔上方，通过合理的观测测线获取足够用于匹配的重力灯塔特征，进行插值处理作为实测重力灯塔图，与预装重力灯塔数据库中各重力灯塔图进行基于均值哈希算法的面状匹配相似度对比，选定出匹配相似度最高的结果重力灯塔作为最佳匹配重力灯塔，将实测重力灯塔与匹配结果重力灯塔中各对应点坐标之差取平均值作为坐标改正值，用改正值校正惯导系统并获取自身位置。
虽然水下重力梯度灯塔匹配辅助导航方法和水下重力灯塔面状匹配导航方法都可以校正惯导系统来提高定位精度，但是两种导航方法均未考虑到高维空间，导致定位精度不够，因此如何在高维空间下校正惯导系统来提高定位精度是目前研究的重中之重。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法及系统，以实现在高维空间下校正惯导系统来提高定位精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法，所述方法包括：
获取实测重力灯塔；
根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔；
根据所述实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个所述实测重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
根据所述最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个所述最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。
可选地，所述根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度，具体包括：
确定第一相似度；所述第一相似度是根据第一维度对应的实测重力梯度图和所述第一维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第二相似度；所述第二相似度是根据第二维度对应的实测重力梯度图和所述第二维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第三相似度；所述第三相似度是根据第三维度对应的实测重力梯度图和所述第三维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第四相似度；所述第四相似度是根据第四维度对应的实测重力梯度图和所述第四维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第五相似度；所述第五相似度是根据第五维度对应的实测重力梯度图和所述第五维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第六相似度；所述第六相似度是根据第六维度对应的实测重力梯度图和所述第六维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
计算六个相似度的平均值，并保留大于或者等于所述平均值的相似度；
根据计算得到经度改正值和纬度改正值；
其中，B表示经度改正值，L表示纬度改正值，Am表示大于或者等于平均值的第m相似度，Bm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，An表示大于或者等于平均值的第n相似度，Bn表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，i表示，Lm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度值，Ln表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度差值；
根据经度改正值和纬度改正值确定水下潜器的经纬度。
可选地，所述获取实测重力灯塔，具体包括：
获取先验重力灯塔形态参数；
根据所述先验重力灯塔形态参数确定稀疏测区范围；
根据所述稀疏测区范围确定3条测线；
获取3条测线对应的水下重力异常数据，并根据所述水下重力异常数据确定3条测线对应的海平面重力异常数据；
根据所述稀疏测区范围确定的3条测线，利用反距离加权算法确定剩余的四条测线；
根据3条测线对应的海平面重力异常数据确定剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据；
根据3条测线对应的海平面重力异常数据和剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据确定实测重力灯塔。
可选地，所述根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔，具体包括：
获取惯导系统偏差范围内的各个样本重力灯塔；
将所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔进行面匹配处理，获得所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔的相似度；
将所述相似度排序，并将最大相似度对应的所述样本重力灯塔确定为最佳匹配重力灯塔。
为实现上述目的，本发明还提供一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位系统，包括：
获取模块，用于获取实测重力灯塔；
匹配模块，用于根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔；
第一维度确定模块，用于根据所述实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个所述实测重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
第二维度确定模块，用于根据所述最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个所述最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
定位模块，用于根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。
可选地，所述定位模块，具体包括：
第一相似度确定单元，用于确定第一相似度；所述第一相似度是根据第一维度对应的实测重力梯度图和所述第一维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第二相似度确定单元，用于确定第二相似度；所述第二相似度是根据第二维度对应的实测重力梯度图和所述第二维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第三相似度确定单元，用于确定第三相似度；所述第三相似度是根据第三维度对应的实测重力梯度图和所述第三维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第四相似度确定单元，用于确定第四相似度；所述第四相似度是根据第四维度对应的实测重力梯度图和所述第四维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第五相似度确定单元，用于确定第五相似度；所述第五相似度是根据第五维度对应的实测重力梯度图和所述第五维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第六相似度确定单元，用于确定第六相似度；所述第六相似度是根据第六维度对应的实测重力梯度图和所述第六维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
平均值确定单元，用于计算六个相似度的平均值，并保留大于或者等于所述平均值的相似度；
改正值确定单元，用于根据计算得到经度改正值和纬度改正值；
其中，B表示经度改正值，L表示纬度改正值，Am表示大于或者等于平均值的第m相似度，Bm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，An表示大于或者等于平均值的第n相似度，Bn表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，i表示，Lm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度值，Ln表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度差值；
校正单元，用于根据经度改正值和纬度改正值确定水下潜器的经纬度。
可选地，所述获取模块，具体包括：
参数确定单元，用于获取先验重力灯塔形态参数；
范围确定单元，用于根据所述先验重力灯塔形态参数确定稀疏测区范围；
测线确定单元，用于根据所述稀疏测区范围确定3条测线；
延拓单元，用于获取3条测线对应的水下重力异常数据，并根据所述水下重力异常数据确定3条测线对应的海平面重力异常数据；
反距离加权单元，用于根据所述稀疏测区范围确定的3条测线，利用反距离加权算法确定剩余的四条测线；
推算单元，用于根据3条测线对应的海平面重力异常数据确定剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据；
实测重力灯塔确定单元，用于根据3条测线对应的海平面重力异常数据和剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据确定实测重力灯塔。
可选地，所述匹配模块，具体包括：
样本重力灯塔确定单元，用于获取惯导系统偏差范围内的各个样本重力灯塔；
面匹配单元，用于将所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔进行面匹配处理，获得所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔的相似度；
最佳匹配重力灯塔确定单元，用于将所述相似度排序，并将最大相似度对应的所述样本重力灯塔确定为最佳匹配重力灯塔。
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：
本发明公开了一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法及系统，方法包括：获取实测重力灯塔；根据所述实测重力灯塔确定最佳匹配重力灯塔；根据实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个实测重力梯度图的经纬度；其中维度数为六个；根据最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中维度数为六个；根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。本发明利用相似度对比将六个维度的重力梯度图综合处理后，提高了水下潜器定位精度。
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1基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法流程图；
图2为本发明实施例1先验重力灯塔外切椭圆示意图；
图3为本发明实施例1稀疏测区范围示意图；
图4为本发明实施例1三条测线示意图；
图5为本发明实施例1三条测线对应的海平面重力异常数据示意图；
图6为本发明实施例1稀疏测区范围内七条测线分布示意图；
图7为本发明实施例1剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据示意图；
图8为本发明实施例1某样本重力灯塔示意图；
图9为本发明实施例1最佳匹配重力灯塔示意图；
图10为本发明实施例2基于多维空间重力梯度信息的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基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法及系统，以实现在高维空间下校正惯导系统来提高定位精度。
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。
重力异常：当把地球近似看作表面光滑、内部质量分布均匀、赤道半径大于极半径的旋转椭球体时，椭球体表面上各点的重力值为正常重力值或理论重力值。在海洋区域，将每一个测量的位置归算到大地水准面上，它们的实测重力值与正常重力值之差即为重力异常。它反映着海域地壳物质质量分布的状况，通常与海底的地质构造及物质组成密切相关。
重力梯度：重力梯度则反映了重力场的空间变化特性。重力梯度张量具有九个梯度分量，其中包括五个独立分量，因此能够形成五个独立的特征序列，完整的刻画重力场的三维空间变化特性，也为重力辅助导航系统提供了更加具体全面可靠的基准数据。重力梯度对地形的变化情况比重力异常更加敏感，在机理上使得重力辅助导航能够达到更高的精度。目前国际上卫星、船载、机载重力梯度仪的测量精度已基本达到军事应用、地质勘探等领域的技术要求。近十年，我国在重力仪和重力梯度仪的研制上也取得了突破性进展，这为水下重力辅助导航系统的应用研究奠定了扎实的技术基础。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法，包括：
步骤S1：获取实测重力灯塔。
步骤S2：根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔。
步骤S3：根据所述实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个所述实测重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个。
步骤S4：根据所述最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个所述最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个。
步骤S5：根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。
在本发明实施例中，所述根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度，具体包括：
确定第一相似度；所述第一相似度是根据第一维度对应的实测重力梯度图和所述第一维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的.
确定第二相似度；所述第二相似度是根据第二维度对应的实测重力梯度图和所述第二维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
确定第三相似度；所述第三相似度是根据第三维度对应的实测重力梯度图和所述第三维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
确定第四相似度；所述第四相似度是根据第四维度对应的实测重力梯度图和所述第四维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
确定第五相似度；所述第五相似度是根据第五维度对应的实测重力梯度图和所述第五维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
确定第六相似度；所述第六相似度是根据第六维度对应的实测重力梯度图和所述第六维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
计算六个相似度的平均值，并保留大于或者等于所述平均值的相似度；
根据计算得到经度改正值和纬度改正值。
其中，B表示经度改正值，L表示纬度改正值，Am表示大于或者等于平均值的第m相似度，Bm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，An表示大于或者等于平均值的第n相似度，Bn表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，i表示，Lm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度值，Ln表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度差值。
根据经度改正值和纬度改正值确定水下潜器的经纬度。
在本发明实施例中，所述获取实测重力灯塔，具体包括：
获取先验重力灯塔形态参数；如图2所示，先验重力灯塔外切椭圆长轴长度a，短轴长度b，形态走向角度α。
根据所述先验重力灯塔形态参数确定稀疏测区范围；如图3所示，首先计算惯导(惯导系统)此刻的位置偏差PC，然后确定稀疏测区是以惯导此刻指示位置为中心，宽为bcosα+2PC，高为acosα+2PC的矩形。
根据所述稀疏测区范围确定3条测线；如图4所示，在所述稀疏测区范围内，测线设计为3条，测线间距为方向为α，长度为/>
获取3条测线对应的水下重力异常数据，并根据所述水下重力异常数据确定3条测线对应的海平面重力异常数据；如图5所示，将测得的3条测线对应的水下重力异常数据换算到海洋表面。在向上延拓前，先设定一个延拓迭代阈值YZ，单位：mGal(设定的YZ越小，迭代时间越长，收敛越慢，但延拓精度更高，需要根据计算要求灵活设定)
假设潜器在水深h处测量，3条测线对应的水下某测点重力异常数据为Δgh(Ln,Bn,h)；其中，Δgh表示3条测线对应的水下某测点重力异常数据；L表示惯导系统指示经度；B表示惯导系统指示纬度；h表示深度计显示的潜器水深；n表示测点个数。
根据计算3条测线对应的海平面重力异常数据。
计算过程如下：
1)从预装重力灯塔数据库中取Δg(Li,Bi,0)为Δg0(Li,Bi,0)的初值。
2)计算
3)计算Q＝Δgh-P；
4)计算Δg'＝Δg+Q
5)计算
6)计算Q'＝Δgh-P'
7)若Q'≤YZ，则终止，此时的P'即为Δg0(Li,Bi,0)的取值；若Q'>YZ，则返回到4)。
其中，P为计算水下当前位置向上延拓至海洋表面过程得出的重力异常改变量，Q为水下当前位置向上延拓至海洋表面的重力异常值，Δg0为海平面重力异常数据，i表示第i个测点。Li表示第i个测点的惯导指示经度，Bi表示第i个测点的惯导系统指示纬度。P′表示延拓迭代初值，Q′表示迭代偏差。
根据所述稀疏测区范围确定的3条测线，利用反距离加权算法确定剩余的四条测线；利用已确定的3条航线，使用反距离加权算法可外推出四条测线，使得所述稀疏测区的已知测线数达到七条。外推测线位置分别为三条测线两两中间插值出一条和三条测线外两边各插值一条，具体位置分布如图6所示。
根据3条测线对应的海平面重力异常数据确定剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据；如图7所示，其中剩余的四条测线中某测点重力值δg(L,B)计算公式为：
其中，λi表示反距离加权因子，Si表示3条测线对应的海平面重力异常数据中的某一点与剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据中的某一点的距离。也就是已知点与待求点的距离。
根据3条测线对应的海平面重力异常数据和剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据确定实测重力灯塔。
在本发明实施例中，所述根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔，具体包括：
获取惯导系统偏差范围内的各个样本重力灯塔；其中某个样本重力灯塔如图8所示。
将所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔进行面匹配处理，获得所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔的相似度；面匹配算法借鉴的关键技术叫做“均值哈希算法”，面匹配处理是对每张重力灯塔图生成一个“指纹”字符串，然后比较不同重力灯塔图的指纹。结果越接近，就说明两个重力灯塔区域越相似。
实现过程如下：
步骤一：缩小尺寸。
将重力灯塔图缩小到8x8的尺寸，总共64个像素。这一步的作用是去除重力灯塔图的细节，只保留结构、明暗等基本信息，摒弃不同尺寸、比例带来的重力灯塔图差异。
步骤二：简化色彩。
将缩小后的重力灯塔图，转为64级灰度。也就是说，所有像素点总共只有64种颜色。
步骤三：计算平均值。
计算所有64个像素的灰度平均值。
步骤四：比较像素的灰度。
将每个像素的灰度值，与平均值进行比较。大于或等于平均值，记为1；小于平均值，记为0。
步骤五：计算哈希值。
将步骤四的比较结果，组合在一起，就构成了一个64位的整数，这就是这个重力灯塔的指纹。组合的次序并不重要，只要保证所有重力灯塔都采用同样次序就行了。得到指纹以后，就可以对比不同的重力灯塔，看64位中有多少位是不一样的，64位中不一样的越少，相似度越高。在理论上，这等同于计算“汉明距离”(Hamming distance)。通过数据位相同的个数表示相似度。
将所述相似度排序，并将最大相似度对应的所述样本重力灯塔确定为最佳匹配重力灯塔。所述最佳匹配重力灯塔如图9所示。
实施例2
如图10所示，本发明实施例还提供一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位系统，所述系统包括：
获取模块101，用于获取实测重力灯塔；
匹配模块102，用于根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔。
第一维度确定模块103，用于根据所述实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个所述实测重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个。
第二维度确定模块104，用于根据所述最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个所述最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个。
定位模块105，用于根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。
在本发明实施例中，所述定位模块，具体包括：
第一相似度确定单元，用于确定第一相似度；所述第一相似度是根据第一维度对应的实测重力梯度图和所述第一维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
第二相似度确定单元，用于确定第二相似度；所述第二相似度是根据第二维度对应的实测重力梯度图和所述第二维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
第三相似度确定单元，用于确定第三相似度；所述第三相似度是根据第三维度对应的实测重力梯度图和所述第三维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
第四相似度确定单元，用于确定第四相似度；所述第四相似度是根据第四维度对应的实测重力梯度图和所述第四维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
第五相似度确定单元，用于确定第五相似度；所述第五相似度是根据第五维度对应的实测重力梯度图和所述第五维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
第六相似度确定单元，用于确定第六相似度；所述第六相似度是根据第六维度对应的实测重力梯度图和所述第六维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的。
平均值确定单元，用于计算六个相似度的平均值，并保留大于或者等于所述平均值的相似度。
改正值确定单元，用于根据计算得到经度改正值和纬度改正值。
其中，B表示经度改正值，L表示纬度改正值，Am表示大于或者等于平均值的第m相似度，Bm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，An表示大于或者等于平均值的第n相似度，Bn表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，i表示，Lm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度值，Ln表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度差值。
校正单元，用于根据经度改正值和纬度改正值确定水下潜器的经纬度。
在本发明实施例中，所述获取模块，具体包括：
参数确定单元，用于获取先验重力灯塔形态参数。
范围确定单元，用于根据所述先验重力灯塔形态参数确定稀疏测区范围。
测线确定单元，用于根据所述稀疏测区范围确定3条测线。
延拓单元，用于获取3条测线对应的水下重力异常数据，并根据所述水下重力异常数据确定3条测线对应的海平面重力异常数据。
反距离加权单元，用于根据所述稀疏测区范围确定的3条测线，利用反距离加权算法确定剩余的四条测线。
推算单元，用于根据3条测线对应的海平面重力异常数据确定剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据。
实测重力灯塔确定单元，用于根据3条测线对应的海平面重力异常数据和剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据确定实测重力灯塔。
在本发明实施例中，所述匹配模块，具体包括：
样本重力灯塔确定单元，用于获取惯导系统偏差范围内的各个样本重力灯塔。
面匹配单元，用于将所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔进行面匹配处理，获得所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔的相似度。
最佳匹配重力灯塔确定单元，用于将所述相似度排序，并将最大相似度对应的所述样本重力灯塔确定为最佳匹配重力灯塔。
本发明考虑到了重力梯度图的六个维度，利用各维度的特征进行综合处理，提供了一种能将六个维度的实测重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图得到更精确的水下潜器经纬度，进而提高了水下潜器的定位精度。
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 (6)

1.一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取实测重力灯塔，具体包括：
获取先验重力灯塔形态参数：先验重力灯塔外切椭圆长轴长度a、短轴长度b、形态走向角度α；
根据所述先验重力灯塔形态参数确定稀疏测区范围：首先计算惯导系统此刻的位置偏差PC，然后确定稀疏测区是以惯导系统此刻指示位置为中心，宽为bcosɑ+2PC，高为acosɑ+2PC的矩形；
根据所述稀疏测区范围确定3条测线：在所述稀疏测区范围内，确定3条测线，测线间距为方向为α，长度为/>
获取3条测线对应的水下重力异常数据，并根据所述水下重力异常数据确定3条测线对应的海平面重力异常数据，具体包括：
设潜器在水深h处测量，3条测线对应的水下设定测点重力异常数据为Δgh(Ln,Bn,h)；其中，Δgh表示3条测线对应的水下设定测点重力异常数据；L表示惯导系统指示经度；B表示惯导系统指示纬度；h表示深度计显示的潜器水深；n表示设定测点个数；根据计算3条测线对应的海平面重力异常数据，计算过程如下：
1)从预装重力灯塔数据库中取Δg(Li,Bi,0)为Δg0(Li,Bi,0)的初值；
2)计算
3)计算Q＝Δgh-P；
4)计算Δg'＝Δg+Q；
5)计算
6)计算Q'＝Δgh-P'；
7)若Q'≤YZ，则终止，此时的P'即为Δg0(Li,Bi,0)的取值；若Q'>YZ，则返回到4)；
其中，P为计算水下当前位置向上延拓至海洋表面过程得出的重力异常改变量；Q为水下当前位置向上延拓至海洋表面的重力异常值；Δg0为海平面重力异常数据；i表示第i个测点；Li表示第i个测点的惯导指示经度；Bi表示第i个测点的惯导系统指示纬度；P′表示延拓迭代初值；Q′表示迭代偏差；YZ表示延拓迭代阈值，单位为mGal；
根据所述稀疏测区范围确定的3条测线，利用反距离加权算法确定剩余的四条测线，具体包括：
利用确定的3条测线，使用反距离加权算法外推出四条测线，使得所述稀疏测区的已知测线数达到七条；其中，外推测线位置分别为3条测线两两中间插值出一条和3条测线外两边各插值一条；
根据3条测线对应的海平面重力异常数据确定剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据：剩余的四条测线中设定测点重力值δg计算公式为：
其中，λi表示反距离加权因子；Si表示3条测线对应的海平面重力异常数据中的设定点与剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据中的设定点的距离；
根据3条测线对应的海平面重力异常数据和剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据确定实测重力灯塔；
根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔；
根据所述实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个所述实测重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
根据所述最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个所述最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。
2.根据权利要求1所述的基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法，其特征在于，所述根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度，具体包括：
确定第一相似度；所述第一相似度是根据第一维度对应的实测重力梯度图和所述第一维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第二相似度；所述第二相似度是根据第二维度对应的实测重力梯度图和所述第二维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第三相似度；所述第三相似度是根据第三维度对应的实测重力梯度图和所述第三维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第四相似度；所述第四相似度是根据第四维度对应的实测重力梯度图和所述第四维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第五相似度；所述第五相似度是根据第五维度对应的实测重力梯度图和所述第五维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
确定第六相似度；所述第六相似度是根据第六维度对应的实测重力梯度图和所述第六维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
计算六个相似度的平均值，并保留大于或者等于所述平均值的相似度；
根据计算得到经度改正值和纬度改正值；
其中，B表示经度改正值，L表示纬度改正值，Am表示大于或者等于平均值的第m相似度，Bm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，An表示大于或者等于平均值的第n相似度，Bn表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，i表示，Lm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度值，Ln表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度差值；
根据经度改正值和纬度改正值确定水下潜器的经纬度。
3.根据权利要求1所述的基于多维空间重力梯度信息的潜器定位方法，其特征在于，所述根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔，具体包括：
获取惯导系统偏差范围内的各个样本重力灯塔；
将所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔进行面匹配处理，获得所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔的相似度；
将所述相似度排序，并将最大相似度对应的所述样本重力灯塔确定为最佳匹配重力灯塔。
4.一种基于多维空间重力梯度信息的潜器定位系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取实测重力灯塔，具体包括：
参数确定单元，用于获取先验重力灯塔形态参数：先验重力灯塔外切椭圆长轴长度a、短轴长度b、形态走向角度α；
范围确定单元，用于根据所述先验重力灯塔形态参数确定稀疏测区范围：首先计算惯导系统此刻的位置偏差PC，然后确定稀疏测区是以惯导系统此刻指示位置为中心，宽为bcosɑ+2PC，高为acosɑ+2PC的矩形；
测线确定单元，用于根据所述稀疏测区范围确定3条测线：在所述稀疏测区范围内，确定3条测线，测线间距为方向为α，长度为/>
延拓单元，用于获取3条测线对应的水下重力异常数据，并根据所述水下重力异常数据确定3条测线对应的海平面重力异常数据，具体包括：
设潜器在水深h处测量，3条测线对应的水下设定测点重力异常数据为Δgh(Ln,Bn,h)；其中，Δgh表示3条测线对应的水下设定测点重力异常数据；L表示惯导系统指示经度；B表示惯导系统指示纬度；h表示深度计显示的潜器水深；n表示设定测点个数；根据计算3条测线对应的海平面重力异常数据，计算过程如下：
1)从预装重力灯塔数据库中取Δg(Li,Bi,0)为Δg0(Li,Bi,0)的初值；
2)计算
3)计算Q＝Δgh-P；
4)计算Δg'＝Δg+Q；
5)计算
6)计算Q'＝Δgh-P'；
7)若Q'≤YZ，则终止，此时的P'即为Δg0(Li,Bi,0)的取值；若Q'>YZ，则返回到4)；
其中，P为计算水下当前位置向上延拓至海洋表面过程得出的重力异常改变量；Q为水下当前位置向上延拓至海洋表面的重力异常值；Δg0为海平面重力异常数据；i表示第i个测点；Li表示第i个测点的惯导指示经度；Bi表示第i个测点的惯导系统指示纬度；P′表示延拓迭代初值；Q′表示迭代偏差；YZ表示延拓迭代阈值，单位为mGal；
反距离加权单元，用于根据所述稀疏测区范围确定的3条测线，利用反距离加权算法确定剩余的四条测线，具体包括：
利用确定的3条测线，使用反距离加权算法外推出四条测线，使得所述稀疏测区的已知测线数达到七条；其中，外推测线位置分别为3条测线两两中间插值出一条和3条测线外两边各插值一条；
推算单元，用于根据3条测线对应的海平面重力异常数据确定剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据：剩余的四条测线中设定测点重力值δg计算公式为：
其中，λi表示反距离加权因子；Si表示3条测线对应的海平面重力异常数据中的设定点与剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据中的设定点的距离；
实测重力灯塔确定单元，用于根据3条测线对应的海平面重力异常数据和剩余的四条测线对应的海平面重力异常数据确定实测重力灯塔；
匹配模块，用于根据所述实测重力灯塔，利用面匹配算法，确定最佳匹配重力灯塔；
第一维度确定模块，用于根据所述实测重力灯塔确定每个维度对应的实测重力梯度图以及每个所述实测重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
第二维度确定模块，用于根据所述最佳匹配重力灯塔确定每个维度对应的最佳匹配重力梯度图以及每个所述最佳匹配重力梯度图的经纬度；其中，维度数为六个；
定位模块，用于根据六个维度的实测重力梯度图、六个维度的实测重力梯度图的经纬度、六个维度的最佳匹配重力梯度图和六个维度的最佳匹配重力梯度图的经纬度，利用相似度对比确定水下潜器的经纬度。
5.根据权利要求4所述的基于多维空间重力梯度信息的潜器定位系统，其特征在于，所述定位模块，具体包括：
第一相似度确定单元，用于确定第一相似度；所述第一相似度是根据第一维度对应的实测重力梯度图和所述第一维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第二相似度确定单元，用于确定第二相似度；所述第二相似度是根据第二维度对应的实测重力梯度图和所述第二维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第三相似度确定单元，用于确定第三相似度；所述第三相似度是根据第三维度对应的实测重力梯度图和所述第三维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第四相似度确定单元，用于确定第四相似度；所述第四相似度是根据第四维度对应的实测重力梯度图和所述第四维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第五相似度确定单元，用于确定第五相似度；所述第五相似度是根据第五维度对应的实测重力梯度图和所述第五维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
第六相似度确定单元，用于确定第六相似度；所述第六相似度是根据第六维度对应的实测重力梯度图和所述第六维度对应的最佳匹配重力梯度图确定的；
平均值确定单元，用于计算六个相似度的平均值，并保留大于或者等于所述平均值的相似度；
改正值确定单元，用于根据计算得到经度改正值和纬度改正值；
其中，B表示经度改正值，L表示纬度改正值，Am表示大于或者等于平均值的第m相似度，Bm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，An表示大于或者等于平均值的第n相似度，Bn表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的经度差值，i表示，Lm表示与Am对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度值，Ln表示与An对应维度的实测重力梯度图与最佳匹配重力梯度图的纬度差值；
校正单元，用于根据经度改正值和纬度改正值确定水下潜器的经纬度。
6.根据权利要求4所述的基于多维空间重力梯度信息的潜器定位系统，其特征在于，所述匹配模块，具体包括：
样本重力灯塔确定单元，用于获取惯导系统偏差范围内的各个样本重力灯塔；
面匹配单元，用于将所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔进行面匹配处理，获得所述实测重力灯塔与每个所述样本重力灯塔的相似度；
最佳匹配重力灯塔确定单元，用于将所述相似度排序，并将最大相似度对应的所述样本重力灯塔确定为最佳匹配重力灯塔。
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