基于全张量重力梯度的水下导航技术研究-控制理论与控制工程专业论文.docx

黯 黯摇hHR 武汉科技大学研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进 行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共 同完成的工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名: K 主王 日期:朔，ψ.1 )，。 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它 单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，同意学校保留并向有关部门(按照《武汉科技大学关于研究 生学位论文收录工作的规定》执行)送交论文的复印件和电子版本，允 许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校 认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。 论文作者签名: 指导教师签名: 日期: a1$2噎 C. 以〉 万方数据 万方数据 摘 要 利用重力场信息进行水下辅助导航是一种新型的水下无源导航技术，已逐 渐成为目前研究热点之一。重力梯度仪、重力梯度基准图和匹配算法是重力梯 度辅助导航的三要素，而航路规划和适配区选择是重力梯度辅助导航技术中的 相关工作，因此本论文对全张量重力梯度辅助导航技术做了如下工作： 首先，介绍了重力梯度基准图的制备方法。重力梯度基准图是重力梯度辅 助导航不可或缺的重要组成部分，国际上已有高精度重力梯度仪，但由于实测 重力梯度数据代价太高，且某些区域无法实地测量，目前没有覆盖全球范围的 高精度重力梯度基准图，但我国拥有全球高精度的地形数据，因此本论文介绍 了基于球谐模型展开和基于地形高程正演的重力梯度基准图制备方法，并讨论 了密度因素对其制备结果的影响。 其次，介绍了重力梯度特征和适配区选择的方法。海底地形环境复杂，对 重力梯度特征进行提取和分析能从中找到特征明显的区域，有助于提高重力梯 度辅助导航系统的定位精度。本论文提取了全张量重力梯度的均值、方差、能 量和熵信息特征，并根据某一重力梯度基准图特征信息和匹配效果，提出该基 准图适配区选择的准则；而为了提高适配区选择的泛化能力，因此利用支持向 量机进行了适配区的选择。 最后，根据适配区和非适配区两种不同的情况，提出了一种将适配区选择 和目标探测同时考虑的水下动态航路规划的方法。适配区内特征明显，导航定 位精度高，而特征明显的适配区往往地形复杂，可能存在暗礁；而在非适配区， 需要进行滤波跟踪策略进行导航定位，也会遇到小的暗礁或其他移动的潜器， 因此，水下动态航路规划不仅需要考虑适配区的选择，还需实时进行目标探测， 进行有效避障，才能保证潜器的导航和安全。论文将适配区的选择和基于重力 梯度反演的目标探测方法相结合，从而进行适配区和非适配区的动态避障的航 路规划。仿真实验表明，该方法正确有效，能达到预期目的。 关键词：航路规划；重力梯度；适配区选择；目标探测；重力梯度反演 I Abstract An underwater path planning method considered both matching area selecting and underwater aided navigation based on gravity gradient is a new underwater passive navigation technology, it has become one of the hot research.Gravimeter and gravity gradiometer, gravity gradient reference map and related matching algorithms are the three elements of the gravity gradient assisted navigation.Route planning and adaptive area selection is the prophase work of gravity gradient aided navigation. Therefore, this thesis have done the work base on the full tensor gravity gradient aided navigation as follows： Firstly, the preparation methods of the gravity gradient reference map is introduced. The reference map of gravity gradie