微重力導航是一種利用重力敏感儀表的測量實現的圖形跟蹤導航技術。
基本介紹
- 中文名：微重力導航
- 外文名：microgravity navigation
- 一級學科：航空航天
- 二級學科：無人機技術
- 特點：利用重力敏感儀表
- 作用：實現的圖形跟蹤導航技術
定義,重力敏感器,優勢,導航算法,
定義
一種利用重力敏感儀表的測量實現的圖形跟蹤導航技術。
重力敏感器
重力敏感器提供的重力數據可用於無源導航和地形測量。重力敏感器包括重力梯度儀和重力儀，重力儀測量重力異常或重力矢量的大小相對標準地球模型的偏差。重力梯度儀測量重力梯度即重力在三維上的變化率。
重力敏感系統(GSS)最初是為了補償垂線偏差用的。最近成功地用於無源導航和地形測量中。80年代中期用的GSS為一個重力儀和三個重力梯度儀裝在由陀螺穩定的當地水平的隔振平台上。重力儀為一個高精度、垂直安裝的加速度計，重力梯度計由安裝在同一轉輪上的四個加速度組成。重力梯度儀的輸出為兩組正交的梯度,它們在與旋轉輪垂直的平面內。這樣以正交方式安裝的三個重力梯度儀，可提供六組實際重力梯度場分量。
優勢
微重力導航是一種利用重力敏感儀表的測量實現的圖形跟蹤導航技術。事先做好重力分布圖，圖中的各路線都有特殊的重力分布。重力分布圖存儲在導航系統中，再利用重力敏感儀器測定重力場特性來搜尋期望的路線。通過人工神經網路和統計特性曲線識別法使運載體確認、跟蹤或橫過路線，到達某個目的點。這種方法由於不進行輻射，不使用外部坐標，所以稱為無源重力導航，無源重力導航具有精度高、不受時間限制、無需伸出水面、無輻射，可最終解決潛艇的隱蔽性。但是無源重力導航適於用在地理特徵變化比較大的區域，因此常作為慣性導航的輔助手段。
為了保證彈道飛彈核潛艇完成其戰鬥使命的獨特能力和條件，可以秘密地潛航到任何一個巡邏點，發射飛彈而不被敵人發現。必須有不會被探測到的精確導航，使飛彈能夠對準，並且精確地掌握髮射的位置、速度、姿態，以便準確地發射飛彈。這裡的關鍵是“不暴露”。潛艇任何時候接近水面或發射信號，都有被探測到的危險。理想的情況是潛艇在離開港口時潛入水下，直到返回港口才露出水面。
導航算法
微重力導航算法通過利用重力測量值、以數字形式存儲的重力圖和導航儀本身的數據，可產生艦船導航儀的誤差估計。然後，將這些估計值用來以連續方式修正慣性導航儀的誤差，不用定期地利用外部位置坐標，就可實現限定導航誤差。修正可採用開環或閉環方式。閉環的方式的配置示於圖1。在這種方式中，使用修正值連續重調導航儀，使之保持在要求的導航精度內。在開環方式中，修正值只加在導航儀的輸出上。開環配置的優點是簡單。然而，閉環配置可充分利用UGM的能力，不僅可限定導航輸出誤差，而且還可以連續地估計慣性儀表誤差。
根據慣性系統和重力平台的數據，無源導航算法使用四種類型的觀察。第一種觀察是重力異常數據;第二種觀察是重力梯度數據;第三種觀察是根據重力儀信號中的哥氏加速度效應計算出重力梯度相對於垂線的北向和東向分量;第四種觀察是利用重力梯度儀本身的能力來測量垂線偏差。前三種經卡爾曼濾波處理，產生慣性系統誤差估計的測量值。第四種觀察在卡爾曼濾波器外部處理，然後將得出的修正值直接加在卡爾曼濾器的狀態矢量上。
