[发明专利]水下动态重力数据采集半实物仿真方法及系统

说明书

本发明属于水下潜器半实物仿真技术领域，特别涉及一种水下动态重力数据采集半实物仿真方法及系统，用于在实验室环境下模拟水下重力辅助惯性导航航迹上的重力测量数据的实时采集，包含：依据初始设定参数获取水下潜器预设航迹，并依据预设航迹确定其在每个采样点上的航迹数据；根据航迹数据通过计算角增量、速度增量和比力来模拟水下动态重力测量数据，并通过扣除有害加速度以及该点正常重力影响来获取水下采样点重力异常值；依据重力异常值及各采样点实际重力异常值的差值进行统计分析，评估半实物仿真精度。本发明能够对潜器沿水下航迹重力数据测量采集过程进行物理呈现，提供与实际测量环境相似的可靠便捷实验条件，节省人力物力财力。

技术领域

本发明属于水下潜器半实物仿真技术领域，特别涉及一种水下动态重力数据采集半实物仿真方法及系统。

背景技术

水下潜器是指具有水下观察和作业能力的活动深潜水设备，主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水员活动的水下作业基地。随着水下潜器在海岸工程中的应用，许多调查和检测工作都可以在更短的时间和更低的消费的情况下来完成。水下潜器自主性、隐蔽性和高精度的要求，决定了导航系统必须是以惯性导航为核心，辅之以其他导航系统的组合导航系统。重力辅助惯性导航具有自主性强、隐蔽性好、不受地域和时域限制以及定位精度高等诸多优点，是目前实现水下潜器长期安全航行的重要手段之一。囿于实施水下实际重力辅助惯性导航实验受诸多条件的限制，因而难以通过实际采集数据对其关键技术、算法模型进行反复实验验证与优化。

发明内容

为此，本发明提供一种水下动态重力数据采集半实物仿真方法及系统，能够对潜器沿水下航迹的重力数据测量采集过程进行物理呈现，为在实验室环境下进行水下重力辅助惯性导航的理论研究、模型验证提供与实际航迹采集相符、具有现实物理意义的数据支撑。

按照本发明所提供的设计方案，一种水下动态重力数据采集半实物仿真方法，用于在实验室环境下模拟水下重力辅助惯性导航航迹上的重力测量数据的实时采集，包含如下内容：

依据初始设定参数获取水下潜器预设航迹，并依据预设航迹确定其在每个采样点上的航迹数据，该航迹数据包含：位置、速度和姿态信息；

根据航迹数据通过计算角增量和速度增量来模拟水下动态重力测量数据，该水下动态重力测量数据包含惯性角增量和速度增量及比力；

针对水下动态重力测量数据，通过扣除有害加速度以及该点正常重力影响来获取水下采样点重力异常值；依据重力异常值及各采样点实际重力异常值的差值进行统计分析，评估半实物仿真精度。

作为本发明水下动态重力数据采集半实物仿真方法，进一步的，初始设定参数包含水下潜器初始姿态、速度、位置及运动加速度和角速度；利用航迹推算来获取水下潜器的预设航迹。

作为本发明水下动态重力数据采集半实物仿真方法，进一步地，通过分段设置机动动作，并依据惯导数据采样率从预设航迹上确定水下潜器在每个采样点上的航迹数据。

作为本发明水下动态重力数据采集半实物仿真方法，进一步地，针对航迹数据，通过捷联惯导反演算法来求取角增量与速度增量信息。

作为本发明水下动态重力数据采集半实物仿真方法，进一步地，根据前一时刻到当前时刻的导航系转换、导航系相对惯性系的转动角速度在导航系下的投影、机体坐标系转动的等效旋转矢量、比力及有害加速度引起的速度增量、地球自转角速度在导航系下投影、导航系相对地球坐标系角速度在导航系下投影来获取角增量与速度增量信息。

作为本发明水下动态重力数据采集半实物仿真方法，进一步地，考虑海水层质量影响，将已知的实际海洋重力异常延拓至水下采样点航迹处，基于采样点实际重力利用捷联惯导反演算法来获取角增量与速度增量信息；并加入重力测量白噪声来获取水下动态重力数据输出的比力值。