海洋重力辅助导航的研究现状与发展_徐遵义

重力加速度量值溯源体系介绍及重力仪的研制现状张 博（黑龙江省计量检定测试研究院，黑龙江哈尔滨 150036）摘 要：重力测量在地质研究、国防军事、地球物理、资源勘探、地震预报及计量科学等领域有着广泛的应用。

目前，提高惯性导航精度普遍采用的方法是将重力加速度和惯性加速度分离，重力加速度测量的准确性需要通过量值溯源来保证，绝对重力仪是重力测量值传递和溯源的主要载体和工具。

以此为背景，介绍了绝对重力仪的主要技术和发展现状，从而引出绝对重力测量和重力计量体系是整个重力测量溯源到SI国际单位制，确保其测量量值准确可靠的唯一途径。

关键词：绝对重力仪；关键比对；惯性仪表；自由落体；原子干涉中图分类号：P631.1+23 文献标志码：A DOI：10.16443/ki.31-1420.2019.04.016 Introduction of Gravity Accelerometer Value Tracing System andDevelopment of Gravity MeterZHANG Bo(Heilongjiang Provincial Metrological Verification and Testing Institute, Harbin 150036, Heilongjiang, China) Abstract: Gravity measurement has been wildly used in national defense and military,geological research, resource exploration, geophysics, earthquake prediction and metrology etc. At present, the commonly used method to improve the inertial navigation accuracy is to separate the gravity acceleration from the inertial acceleration. The accuracy of the gravity acceleration measurement needs to be ensured by the value traceability. The absolute gravimeter is the main carrier and tool for gravity measurement value transmission and traceability. Based on this background, the main techniques and development status of the absolute gravimeter are introduced, which leads to the fact that the absolute gravity measurement and gravity measurement system is the only way to trace the entire gravity measurement to the SI and to ensure accurate and reliable measurement.Key words: absolute gravimeter; key comparison；inertial instrument；free fall；atomic interfere0 引言重力测量在国民经济建设中发挥着重要作用，广泛应用于国防、军事、地球物理、地质研究、地震预报、资源勘查、和计量等领域。

水下探测技术的应用现状与前景研究在人类对未知世界的探索征程中，水下领域一直充满着神秘和挑战。

水下探测技术作为打开这一神秘领域大门的关键钥匙，其重要性日益凸显。

从深海资源的开发到水下考古的推进，从海洋生态的监测到军事领域的应用，水下探测技术正以惊人的速度发展，并展现出广阔的应用前景。

一、水下探测技术的应用现状（一）海洋科学研究海洋占据了地球表面的大部分面积，蕴藏着丰富的资源和未知的奥秘。

水下探测技术为海洋科学研究提供了强有力的支持。

例如，通过使用声学探测设备，如多波束测深仪和侧扫声呐，科学家能够绘制出海底地形地貌图，了解海床的结构和特征。

此外，温盐深仪（CTD）可以测量海水的温度、盐度和深度，为研究海洋环流和水团运动提供基础数据。

海洋生物学家则利用水下摄像和声学监测系统来观察海洋生物的行为和分布，研究生物多样性和生态系统的动态变化。

（二）资源勘探与开发水下探测技术在石油、天然气和矿产资源的勘探与开发中发挥着关键作用。

地震勘探技术可以帮助确定海底地层中的油气储层位置和规模。

随着技术的不断进步，高精度的三维地震勘探能够提供更详细的地质结构信息，提高勘探的准确性和成功率。

在矿产资源方面，磁力探测和电磁探测技术有助于发现海底的金属矿床，为深海采矿提供前期的地质依据。

（三）水下考古水下考古是一门新兴的交叉学科，水下探测技术为其提供了重要的手段。

考古学家使用声呐、磁力仪和水下机器人等设备，对水下遗址进行定位、测量和勘查。

例如，在对古代沉船的研究中，通过声呐成像可以清晰地看到沉船的轮廓和分布情况，水下机器人则能够近距离拍摄和采集文物样本，为了解古代航海、贸易和文化交流提供珍贵的实物资料。

（四）军事领域在军事方面，水下探测技术对于潜艇的作战、反潜作战以及水雷战等具有重要意义。

声呐系统是潜艇和水面舰艇探测敌方潜艇和水下目标的主要手段。

主动声呐通过发射声波并接收回波来探测目标，而被动声呐则依靠接收目标自身发出的噪声来进行监测。

海洋工程装备发展现状海洋工程装备是指专门用于进行海洋勘测、海洋建设、海洋资源开发等工作所需的设备和技术。

海洋工程装备的发展对于海洋经济的发展具有重要意义。

目前，海洋工程装备发展的现状主要有以下几个方面：首先，海洋勘测装备的发展取得了一定突破。

随着地球资源的竞争日益加剧，海洋资源勘探成为重点发展的领域。

现代海洋勘测装备已经具备了高精度、多功能、快速、安全的特点，如多波束测深仪、多波段航空遥感传感器等，大大提高了海洋资源的核算和开发能力。

其次，海洋建设装备的应用也取得了显著进展。

海洋建设是指为了满足海洋经济发展需要而进行的海洋基础设施建设，如码头、海堤、海洋牧场等。

现代海洋建设装备已经具备了高效、自动化、智能化的特点，如水下作业机器人、钢筋混凝土浇注机等。

这些设备的使用，不仅提高了工作效率，还减少了人工劳动的风险。

再次，海洋资源开发装备的研发和应用也取得了一定的进展。

海洋资源开发是指利用海洋中各类资源进行经济利用，如油气资源、矿产资源等。

现代海洋资源开发装备已经具备了高效、环保、安全的特点，如深海钻井平台、无人潜水器等。

这些装备的引入，不仅提高了开发效率，还减少了对海洋环境的破坏，促进了可持续发展。

最后，海洋环境监测装备的发展也非常重要。

随着海洋环境污染问题的严重性日益凸显，海洋环境监测成为保护海洋生态系统的重要手段。

现代海洋环境监测装备已经具备了高精度、实时监测的特点，如水质监测设备、海洋生物监测器等。

这些装备的应用，为科学管理和保护海洋环境提供了有力支持。

综上所述，当前海洋工程装备的发展已经取得了显著进展，但仍面临着一些挑战，如装备技术的更新换代、装备管理和维修的难题以及装备标准的统一等。

随着科技的不断进步和海洋工程装备的不断创新，相信未来海洋工程装备将会得到进一步的改进和完善，为海洋经济的发展做出更大的贡献。

海底地形测量技术的发展和应用展望近年来，随着人类对地球深海环境的探索日益深入，海底地形测量技术得到了迅速发展。

本文将探讨海底地形测量技术的发展历程，并展望其未来的应用前景。

一、历史回顾人类对海底地形测量的追求可以追溯到19世纪。

当时，人们仅能通过绞盘拖着重物线，根据线的牵引力来了解海底地貌的大概形状。

然而，这种方法极为原始且有限，无法提供详细准确的测量数据。

在20世纪初，声纳技术的出现为海底地形测量带来了巨大的革命。

声纳技术通过发射声波并测量其返回时间来获取海底地形图像。

尽管声纳技术相对简单，但能够提供较高的分辨率和准确性。

然而，声纳技术的局限在于其测量深度受限以及对海底构造的分辨率较低。

二、新兴技术随着科技的不断进步，新兴技术为海底地形测量带来了翻天覆地的变化。

其中最重要的技术之一是多波束测量技术，它通过多个声纳束同时发射和接收来提高水下测量的精确度和效率。

这种技术可以生成高分辨率的海底地形图像，并减少沉船事故等水下事件的风险。

另一项具有巨大潜力的技术是潜水器及遥控无人潜水器（ROV）的应用。

这些设备通过悬挂声纳或激光扫描仪来获取更精确的海底地形图像。

同时，它们还能够搭载摄像机等设备，拍摄海洋生物和古代沉船等珍贵资料，为海底生态学和文化遗产保护研究提供有力支持。

大气和水下无线传感器网络技术也对海底地形测量起到了重要作用。

这些无线传感器网络可以实时监测海床地形的变化，提供基于数据感知的智能决策支持。

此外，采用海洋卫星和遥感技术，结合卫星定位系统（GNSS）和地面控制点测量技术，可以更全面、快速地获取大范围的海底地形数据。

三、应用展望未来，海底地形测量技术将在多个领域发挥着越来越重要的作用。

首先，它将对海洋资源开发起到关键性的支撑作用。

海底地形测量可提供精确的地形地貌数据，有助于海底油气资源勘探、海底矿产资源开发等。

此外，对深海地形的更全面、深入的了解，将为海洋生态保护提供重要的科学依据。

其次，海底地形测量技术的应用也将推动航海安全性的提升。

文章编号:100723817(2009)0420025203中图分类号:P229 文献标志码:B海洋测量的进展及发展趋势赵建虎1　李娟娟1　李　萌2(1武汉大学测绘学院,武汉市珞喻路129号,430079;2湖北省电力建设第一工程公司,武汉市中山路388号,430061)摘　要　对海洋测绘的现状及最新进展进行了分析,并就其发展趋势给予了探讨。

关键词　海洋测绘;物理海洋测量;几何海洋测量 随着现代科技的发展和作业内容的延伸,海洋测绘在测量手段的现代化、立体化及学科交叉增强及学科界限模糊两个方面发生了深刻变革。

传统海洋测量仅局限于基于船载设备的点测量,如单波束测深系统,难以实现“面”扫测,新兴的海洋扫测系统如多波束和测深测扫声纳的出现,使水深测量这一基本工作实现了对海底的全覆盖扫测和呈现[1,2]。

同时,L IDAR系统、航空重磁力测量以及水深遥感的发展和应用,使海洋测量呈现现代化、立体化的态势[3,4]。

海洋测量内容随着工程需求的拓展,涉足领域越来越广[4]。

卫星遥感、扫测技术、水下摄影、水下电视等非接触式测量技术在海洋测量中的广泛应用,使得遥感技术与海洋测量密切相关。

基于声波的高精度水深测量和定位对水下波束的声速精度要求越来越高,风暴潮的频繁出现、潮汐潮位在现代海洋测量中的重要性日益增强等都决定了海洋水文与海洋测量密不可分;与海洋测绘相关的物理学、计算机学、电子学等与海洋测绘的交叉融合在海洋测量中越来越显著,这些不但改变了传统海洋测量的现状,也打破了已有海洋测绘的结构体系。

1　海洋测量的现状现代海洋测绘包含的内容十分广泛,按过程顺序分为测量、呈现和管理。

海洋测量按性质可划分为海洋物理测量和几何测量。

1.1　物理海洋测量物理海洋测量主要是对海洋底部地球物理场性质的测量。

应用物理学的测量手段,可调查海洋的地质构造和矿产分布。

主要测量方法有地震测量、重力测量、磁力测量、海底热流测量和海洋放射性测量及声学测量。

AUV协同导航定位算法研究AUV(自主无人水下车辆)是一种具有自主控制和导航定位功能的智能水下机器人。

在实际应用中，多个AUV之间需要协同工作，实现各自的任务目标。

协同导航定位算法是AUV协同工作的关键之一，在AUV探索和监测海洋环境、搜索和打捞等许多应用领域具有广泛应用前景。

本文主要介绍AUV协同导航定位算法的研究现状及关键技术。

AUV协同导航定位算法的研究现状AUV协同导航定位算法是当前AUV导航定位领域的研究热点之一。

目前已经有很多研究成果，主要包括三种方法：基于测距设备、基于机器视觉以及基于声纳的协同导航定位算法。

其中，基于测距设备的算法主要利用AUV上搭载的超声波、激光器等测距设备，进行相互距离测量，以确定各个AUV之间的位置关系。

这种方法实现起来简单，但对设备和环境的要求较高，且精度难以满足高精度要求。

基于机器视觉的算法是利用AUV上搭载的摄像头对周围的环境进行采集，经过处理后提取出目标物体的位置信息。

这种方法实现起来较为复杂，但对环境的要求较低，且可以实现较高的精度。

基于声纳的算法是利用AUV上搭载的各种传感器感知水下环境，根据声强数据实现声学跟踪，通过计算声反演得到AUV 之间的位置关系。

这种方法适用性较广，但需要处理大量的声数据，计算量较大，需要相对较高的计算能力。

关键技术协同导航定位算法的研究需要解决的关键技术包括：合理的多机构构型设计、协同目标检测及跟踪、多机构位置信息共享和整合等方面。

在多机构构型设计方面，需要考虑AUV间的距离、角度及相对于目标的位置等因素，以达到最佳的协同效果。

协同目标检测及跟踪需要实时提取目标的位置、速度、方向等信息，以便AUV之间实现协同导航。

多机构位置信息共享和整合需要实现AUV之间的信息交流，共同确定位置、速度和方向等信息，以实现精确的协同导航。

未来展望目前，AUV协同导航定位算法的研究还存在一些困难和挑战，如AUV间信号通信的实现、多机构的运动控制和路径规划、复杂环境下导航精度的提高等问题。

海洋技术I深海长基线定位系统现状及展望海洋约占地球表面积的71%,是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在资源基地。

在海底及海洋中，蕴藏着极其丰富的生物资源及矿产资源。

然而，在海洋中，超过2000m水深的深海区占海洋面积的84%。

因此，地球表面大部分是深海。

潜水器是潜入深海进行科学研究和调查作业必不可少的运载作业装备，它主要分为无人潜水器(UUV)和载人潜水器(HOV) o其中无人潜水器乂分为遥控无人潜水器(ROV)和自主式无人潜水器(AUV) o利用各类潜水器开展深海资源调查和科学研究不能忽略的一个重要问题是潜水器的水下定位问题，而海洋的介质环境决定了声比光和电磁波更适合作为水下定位技术的传播载体。

根据接收基阵基线长度来分类，水下声学定位技术可以分为长基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位系统3利-超短基线定位系统的优点是构成简单、操作方便、便于大范围机动作业等，但缺点是定位精度与深度有关，且定位结果山母船直接获得，水下载体则需要通过光缆/电缆或水声通信获得定位信息。

对于有缆的ROV,尚且能够做到较高的实时性，但对于无缆的AUV等，受限于声音传播速度、通信周期等，往往存在较大的延时。

长基线定位系统的优点是定位精度高（与作业深度无关）、实时性好（潜水器实时解算自身位置），缺点是需要投放信标阵列，设备和时间成本较高。

在深海作业支持领域，一些作业需要更精确的定位，这就需要长基线定位系统。

本文首先介绍了长基线定位的基本原理、系统组成和布阵原则，然后系统介绍了法国iXblue、挪威Kongsberg和英国Sonardyne等公司的3 款典型深海长基线定位系统，并分析了国内发展1W况，最后展望了深海长基线定位系统的发展趋势。

一、长基线定位系统1•基本原理在长基线定位系统中，被测水下载体上的问答机向各应答器发出询问信号，并接收各应答器的应答信号，通过信号传播时延差，列出解算方程，最终确定被测载体的三维位置坐标。

第４６卷　第１期测　绘　学　报Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１　２０１７年１月Ａｃｔａ　Ｇｅｏｄａｅｔｉｃａ　ｅｔ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ　Ｊａｎｕａｒｙ，２０１７引文格式：杨元喜，徐天河，薛树强．我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望［Ｊ］．测绘学报，２０１７，４６（１）：１－８．ＤＯＩ：１０．１１９４７／ｊ．ＡＧＣＳ．２０１７．２０１６０５１９．ＹＡＮＧ　Ｙｕａｎｘｉ，ＸＵ　Ｔｉａｎｈｅ，ＸＵＥ　Ｓｈｕｑｉａｎｇ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｉｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｇｅｏｄｅｔｉｃ　Ｄａｔｕｍ　ａｎｄ　ＭａｒｉｎｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｇｅｏｄａｅｔｉｃａ　ｅｔ　Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，２０１７，４６（１）：１－８．ＤＯＩ：１０．１１９４７／ｊ．ＡＧＣＳ．２０１７．２０１６０５１９．我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望杨元喜１，２，徐天河３，薛树强４１．地理信息工程国家重点实验室，陕西西安７１００５４；２．西安测绘研究所，陕西西安７１００５４；３．山东大学（威海）空间科学研究院，山东威海２６４２０９；４．中国测绘科学研究院，北京１００８３０Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｉｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｇｅｏｄｅｔｉｃ　Ｄａｔｕｍ　ａｎｄ　ＭａｒｉｎｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣｈｉｎａＹＡＮＧ　Ｙｕａｎｘｉ　１，２，ＸＵ　Ｔｉａｎｈｅ３，ＸＵＥ　Ｓｈｕｑｉａｎｇ４１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｇｅｏ－ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ’ａｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｉｈａｉ　２６４２０９，Ｃｈｉｎａ；４．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００８３０，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｒｒｉｔｏｒｉａｌ　ｗａｔｅｒ　ｉｓ　ａ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｏｖｅｒｅｉｇｎｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｐａｃｅ　ｄａｔｕｍ　ａｎｄ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｃｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｌａｎｄ　ａｒｅａｓ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｓｅａ　ａｒｅａｓ．Ｃｈｉｎａ　ｈａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｄａｔｕｍ　ｉｎ　ｌａｎｄ　ａｒｅａｓ　ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｐａｓｔ　ｄｅｃａｄｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄＣｈｉｎａ　Ｇｅｏｄｅｔｉｃ　Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　２０００（ＣＧＣＳ　２０００）ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｄａｔｕｍ　２０００．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ｕｓｅｄ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｈａｖｅ　ｎｏｔ　ｗｅｌｌ　ｃｏｖｅｒｅｄ　ｔｈｅ　ｓｅａ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ　ｍａｒｉｎｅ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｄａｔｕｍａｎｄ　ｍａｒｉｎｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｔｏ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｍａｎｄｓ　ｏｆｍａｒｉｎｅ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ａｎｄ　ｍａｒｉｎｅ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｎ　ｎｅｗ　ｅｒａ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｒｅｖｉｅｗｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｔａｔｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｍａｒｉｎｅ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｄａｔｕｍ　ａｎｄ　ｍａｒｉｎｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｅｓ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｉｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｍａｒｉｎｅ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｄａｔｕｍ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｔｒｅｎｄｓ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｏｎａｌｍａｒｉｎｅ　ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｄａｔｕｍ　ａｎｄ　ｍａｒｉｎｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｒｅ　ｌｉｓｔｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｎｅ　ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ；ｇｅｏｄｅｓｙ；ｄａｔｕｍ；ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔ：Ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｋｅｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１６ＹＦＢ０５０１７００）摘　要：领海是国家主权的重要组成部分，国家空间基准和位置服务应该覆盖陆地和海洋。

第３１卷第３期　计算机仿真　２０１４年３月　文章编号：１００６—９３４８（２０１４）０３—００５５—０５　

基　于高　斯样条函数的水下重力辅助惯性导航　

王志刚ｌＩ　．顾雪峰　（１．中国人民解放军９１５５０部队，辽宁大连１１６０２３；２．海军工程大学兵器工程系，湖北武汉４３００３３；　３．海军工程大学兵器科研部，湖北武汉４３００３３）　

摘要：在水下重力辅助惯性导航定位问题的研究中，利用卡尔曼滤波实现水下重力辅助惯性导航，需要对重力量测值及其误　差建模．为此提出一种基于二维高斯样条函数逼近的水下重力辅助导航新方法，将测量重力与惯导指示重力之差表示为连　续的解析形式，解决了利用卡尔曼滤波实现水下重力辅助惯性导航，需要对重力量测值及其误差精确建模的问题。在分辨　率为２　×２　的某区域重力异常数据基础上进行仿真分析，局部重力场解析重构后的平均误差小于０．１９ｍＧａｌ，潜器的平均经、　纬定位误差分别小于０．８２和０．２０ｎｍｉｌｅ，为提高惯性导航精度提供了依据。　关键词：重力辅助惯性导航；高斯样条函数；局部重力场；扩展卡尔曼滤波；惯性导航系统　中图分类号：ＴＮ９１ｌ　文献标识码：Ｂ　

Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ｇｒａｖｉｔｙ　Ａｉｄｅｄ　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｇａｕｓｓ　Ｓｐｌｉｎｅ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　

ＷＡＮＧ　Ｚｈｉ－ｇａｎｇ　，ＧＵ　Ｘｕｅ－ｆｅｎｇ　（１．Ｔｈｅ　９１５５０ｔｈ　Ｔｒｏｏｐ　ｏｆ　ＰＬＡ，Ｄａｌｉａｎ　ｌ１６０２３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｗｅａｐｏｎ，Ｎａｖａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｈｕｂｅｉ　４３００３３，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎａｖａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｈｕｂｅｉ　４３００３３，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ｇｒａｖｉｔｙ　ａｉｄｅｄ　ｉｎｅ￣ｉａｌ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｋａｌｍａｎ　ｆｉｌｔｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｅｒｒｏｒｓ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈａｔ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａ　ｎｅｗ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｏｆ　ｇｒａｖｉｔｙ　ａｉｄｅｄ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　２　

- 10 -高 新 技 术０　引言潜艇在水下执行情报搜集、军事打击以及潜伏等任务时，必须要保证它的隐蔽性和导航定位的准确性，这样才能满足潜艇对水下安全航行及精确打击的需求。

惯性导航系统具有自主、高精度、高隐蔽性以及不易受到外界信息干扰等优点，因此潜艇主要依靠惯性导航系统在水下航行。

但是惯性导航系统存在系统误差，并且该误差随时间的累积而增大，这就会降低潜艇在水下运行时的精度。

针对惯性导航系统存在的不足之处，许多学者提出潜艇在水下航行时，需要修正潜艇惯性导航系统的累积误差；将重力信息与惯性导航系统联合起来的无源辅助导航系统可以对惯性导航的累积误差进行校正，它是目前国际研究的热点。

重力匹配导航系统不需要水下潜器浮出或接近水面，测量时也不会向外辐射能量，因此有望实现水下潜器连续长航时精确、自主定位。

１　重力匹配导航系统原理重力匹配导航系统指的是潜艇通过自身搭载的重力仪来获得潜艇目前位置重力场的特征信息，将获得的实测重力值与海洋重力基准图进行匹配，按照合适的匹配算法最终确定潜艇所在的位置。

海洋重力基准图是重力匹配导航的重要组成部分，因此，构建全球高精度和高空间分辨率的海洋重力基准图是非常必要的。

船载重力测量、航空重力测量以及卫星重力/测高反演是获取全球海洋重力场的主要技术途径，全球高精度和高空间分辨率的海洋重力基准图能有效提高水下重力匹配导航的精度；然而目前全球海洋重力基准图的质量较低（精度为3 mGal~8 mGal，空间分辨率为1′×1′），因此需要对其进行一定程度的插值加密，将其重构为高精度和高空间分辨率的海洋重力基准图。

２　海洋重力异常图插值方法目前常见的重力场插值方法有距离加权反比插值法、径向基函数插值法、样条函数插值法、克里金插值法以及改进的Shepard 插值法。

２．１　距离加权反比插值法　距离加权反比插值法是最简单的插值方法，该方法根据未知点到已知点距离的加权平均值来计算未知点的值。

航海技术在海洋资源开发中的应用研究与前景海洋，这个占据了地球表面约71%的广阔领域，蕴含着丰富的资源，如石油、天然气、矿产、生物资源以及可再生能源等。

而航海技术的不断发展，为海洋资源的开发提供了强大的支持和保障。

本文将深入探讨航海技术在海洋资源开发中的应用，并对其未来前景进行展望。

一、航海技术的发展现状随着科技的飞速进步，航海技术取得了显著的成就。

卫星导航系统的出现，如 GPS、北斗等，极大地提高了船舶定位的精度和可靠性，使得船舶能够更加准确地航行到目标海域。

电子海图显示与信息系统（ECDIS）的应用，为航海人员提供了实时、准确的海洋地理信息，包括水深、暗礁、航线规划等，大大增强了航行的安全性和效率。

通信技术的发展也为航海带来了变革。

卫星通信使得船舶能够在全球范围内保持与陆地的实时联系，实现数据传输、远程监控和指挥调度。

自动化驾驶技术的逐渐成熟，减轻了船员的工作负担，提高了船舶操控的稳定性和精度。

此外，船舶的建造技术不断创新，新型材料的应用使得船舶更加坚固、轻便，节能技术的发展降低了船舶的运营成本，减少了对环境的影响。

二、航海技术在海洋资源开发中的应用1、海洋油气资源开发在海洋油气资源的勘探和开采中，航海技术发挥着关键作用。

先进的定位系统能够帮助勘探船准确地到达潜在的油气区域，进行地质勘探和样本采集。

钻井平台的定位和移动也依赖于精确的航海技术，确保钻井作业的安全和高效。

在油气运输方面，大型油轮的导航和操控需要高度可靠的航海技术支持。

船舶的航线规划要考虑海洋环境、气象条件等因素，以避免潜在的风险，同时优化运输路径，降低成本。

2、海洋矿产资源开发对于海洋中的矿产资源，如锰结核、多金属硫化物等，航海技术在勘探、开采和运输环节都不可或缺。

深海采矿船需要依靠精确的定位和导航系统，在复杂的海底环境中进行作业。

同时，对海底地形和地质结构的探测，也需要借助先进的航海设备和技术。

3、海洋生物资源开发在海洋生物资源的开发中，渔业捕捞船只的导航和捕捞作业受到航海技术的影响。