[科普中国]-微重力导航

微重力导航是一种利用重力敏感仪表的测量实现的图形跟踪导航技术。

定义一种利用重力敏感仪表的测量实现的图形跟踪导航技术。

重力敏感器重力敏感器提供的重力数据可用于无源导航和地形测量。重力敏感器包括重力梯度仪和重力仪，重力仪测量重力异常或重力矢量的大小相对标准地球模型的偏差。重力梯度仪测量重力梯度即重力在三维上的变化率。

重力敏感系统(GSS)最初是为了补偿垂线偏差用的。最近成功地用于无源导航和地形测量中。80年代中期用的GSS为一个重力仪和三个重力梯度仪装在由陀螺稳定的当地水平的隔振平台上。重力仪为一个高精度、垂直安装的加速度计，重力梯度计由安装在同一转轮上的四个加速度组成。重力梯度仪的输出为两组正交的梯度,它们在与旋转轮垂直的平面内。这样以正交方式安装的三个重力梯度仪，可提供六组实际重力梯度场分量。1

优势微重力导航是一种利用重力敏感仪表的测量实现的图形跟踪导航技术。事先做好重力分布图，图中的各路线都有特殊的重力分布。重力分布图存储在导航系统中，再利用重力敏感仪器测定重力场特性来搜索期望的路线。通过人工神经网络和统计特性曲线识别法使运载体确认、跟踪或横过路线，到达某个目的点。这种方法由于不进行辐射，不使用外部坐标，所以称为无源重力导航，无源重力导航具有精度高、不受时间限制、无需伸出水面、无辐射，可最终解决潜艇的隐蔽性。但是无源重力导航适于用在地理特征变化比较大的区域，因此常作为惯性导航的辅助手段。

为了保证弹道导弹核潜艇完成其战斗使命的独特能力和条件，可以秘密地潜航到任何一个巡逻点，发射导弹而不被敌人发现。必须有不会被探测到的精确导航，使导弹能够对准，并且精确地掌握发射的位置、速度、姿态，以便准确地发射导弹。这里的关键是“不暴露”。潜艇任何时候接近水面或发射信号，都有被探测到的危险。理想的情况是潜艇在离开港口时潜入水下，直到返回港口才露出水面。

导航算法微重力导航算法通过利用重力测量值、以数字形式存储的重力图和导航仪本身的数据，可产生舰船导航仪的误差估计。然后，将这些估计值用来以连续方式修正惯性导航仪的误差，不用定期地利用外部位置坐标，就可实现限定导航误差。修正可采用开环或闭环方式。闭环的方式的配置示于图1。在这种方式中，使用修正值连续重调导航仪，使之保持在要求的导航精度内。在开环方式中，修正值只加在导航仪的输出上。开环配置的优点是简单。然而，闭环配置可充分利用UGM的能力，不仅可限定导航输出误差，而且还可以连续地估计惯性仪表误差。

根据惯性系统和重力平台的数据，无源导航算法使用四种类型的观察。第一种观察是重力异常数据;第二种观察是重力梯度数据;第三种观察是根据重力仪信号中的哥氏加速度效应计算出重力梯度相对于垂线的北向和东向分量;第四种观察是利用重力梯度仪本身的能力来测量垂线偏差。前三种经卡尔曼滤波处理，产生惯性系统误差估计的测量值。第四种观察在卡尔曼滤波器外部处理，然后将得出的修正值直接加在卡尔曼滤器的状态矢量上。2

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学