基于ArcGIS的重力图构建及其可导航性分析方法研究

摘要

惯性导航系统以其无源性及自主性的特性,为水下航行器实现自主隐蔽航行创造了条件,因此一直是水下航行器导航系统的核心设备。但其位置误差是随时间积累的,因此单独惯性导航系统无法满足长期高精度导航定位要求。为克服惯性导航系统这一缺陷,必须寻找其它的隐蔽信息源,实现惯性导航系统的重调和校正。
　　 传统校正惯导误差的方法是定期利用天文、地文、无线电、卫星等外部信息对惯导系统进行校正,但这些方法在获取信息时通常需要航行器接近水面或向外辐射信号,直接影响航行器的隐蔽性。重力辅助导航能够弥补惯性导航系统位置误差随时间积累的缺陷,且不受时间限制,无需接近水面,不需要向外部辐射能量,可以实现惯性导航系统的水下校正,从而达到长期隐蔽高精度导航的目的。
　　 导航用重力图是重力辅助导航的基础,重力图的精度及匹配区域的重力场特性直接影响匹配效果。本文分析了导航用重力图的基本要求,采用七参数法对不同时期、不同方式获取的重力数据进行坐标转换;采用地球椭球面作为重力观测点的高程基准面进行重力改正及重力异常计算;利用改正后的重力值或重力异常值构建导航用重力图。在此基础上,提出重力图的可导航性分析方法,利用重力异常熵、重力场标准差、绝对粗糙度、特征丰度、相关系数、坡度等重力场特征参数作为评价指标,并结合层次分析法的相关原理提出重力场总体特征参数的概念,用于分析局部重力场对导航系统的修正能力,结合ICCP算法进行仿真实验并分析了仿真结果。最后构建了重力信息管理系统,说明了系统的实现方法及工作流程,从实际应用的角度验证了研究的可行性及可操作性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 重力辅助导航的发展现状

1.2.2 GIS技术的发展现状

1.2.3 重力数据管理与可导航性分析

1.3 论文的主要内容及结构安排

第2章 重力数据的获取及坐标转换

2.1 海洋重力数据的获取

2.1.1 海面(船载)重力测量

2.1.2 卫星测高反演海洋重力异常

2.1.3 航空重力测量

2.2 地理空间参考坐标系

2.2.1 地球椭球体、基准面的概念

2.2.2 我国常用的坐标系统

2.3 地图投影

2.3.1 地图投影的分类

2.3.2 我国常用的投影系统

2.4 坐标转换

2.4.1 地理坐标与大地坐标转换

2.4.2 不同坐标系间的坐标转换

2.5 本章小结

第3章 导航用重力图的标准化研究

3.1 元数据

3.2 基准面

3.2.1 水平基准面

3.2.2 垂直基准面

3.2.3 重力基准网

3.3 理论重力值

3.4 重力改正

3.4.1 高度改正

3.4.2 布格改正

3.4.3 间接效应改正

3.4.4 地形改正

3.4.5 大气效应改正

3.4.6 均衡补偿效应

3.5 重力异常

3.5.1 自由空气重力异常

3.5.2 简单布格异常

3.5.3 完全布格异常

3.5.4 均衡重力异常

3.6 本章小结

第4章 重力图的构建

4.1 重力数据的插值

4.2 重力图的绘制

4.3 重力数据的显示

4.4 本章小结

第5章 重力图的可导航性分析方法研究

5.1 可导航性分析概述

5.2 可导航性分析的基本原理

5.2.1 可导航性分析的评价指标

5.2.2 可导航性分析中各项指标的计算

5.3 可导航性分析方法研究

5.3.1 层次分析法的基本原理

5.3.2 层次分析法在可导航性分析中的应用

5.4 重力辅助导航中的ICCP算法

5.4.1 ICCP算法中目标函数的确定

5.4.2 重力辅助导航中ICCP算法的基本原理

5.4.3 ICCP算法的仿真实验

5.5 本章小结

第6章 重力数据管理系统的构建

6.1 重力信息管理系统的设计

6.2 重力信息管理系统各功能模块设计

6.2.1 系统登陆界面

6.2.2 坐标转换模块

6.2.3 重力改正及重力异常的计算模块

6.2.4 重力图的显示模块

6.2.5 统计分析模块

6.2.6 在线监测模块

6.2.7 误差分析模块

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢