[發明專利]一種基于重力梯度極值點的潛艇位置探測方法

有效

• 申請號: 202010110543.4
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111142170B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 萬曉云;曾相航
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于重力梯度極值點的潛艇位置探測方法，潛艇模型由半球形頭部、圓柱形中部、圓錐形尾部和內部的圓柱形耐壓艙組成，以潛艇圓柱形中部的形心為坐標原點，指向艇艏方向為X軸正向，左舷為Y軸正向，豎直向上為Z軸正向，建立空間直角坐標系，所述探測方法如下：根據中心極值點的位置，以及梯度張量非對角分量極值點之間的中心位置，即可確定潛艇的水平位置，即坐標(X，Y)；利用潛艇模型確定深度與重力梯度極值點的函數關系；本發明的有益效果是：能夠準確的確定出潛艇所在的三維位置，方法的穩健性較好，在較為復雜的環境下仍然可以運用；可以利用梯度分量的多個極值點聯合解算。

技術領域

本發明屬于潛艇位置探測技術領域，具體涉及一種基于重力梯度極值點的潛艇位置探測方法。

背景技術

在重力場的各元素中，重力梯度是重力位的二階導數，能夠反映重力場在空間內的變化率，具有比重力更好的分辨率，在探測淺層物體方面更具有優勢。經過多年的發展，重力梯度儀目前精度已經可以達到10^-4E，未來的超導重力梯度儀精度可以達到10^-6E。利用高精度的重力梯度數據進行潛艇模型探測具有很強的可行性。

目前已經有不少學者進行了利用重力梯度探測物體的輪廓、位置和質量的研究。有學者利用重力梯度探測水下障礙，從而提高潛艇模型在水下航行時的安全性；有學者研究了利用航空重力梯度測量探測潛艇模型的可行性；有學者指出通過重力梯度在水平方向上的極值點可以確定物體的形狀及水平位置；有學者提出了一種利用重力梯度不變量估計物體的深度的方法；有學者提出了一種利用張量歐拉反卷積估計地下物體的位置的方法；有學者提出利用重力梯度張量及重力梯度張量的特征值確定物體的位置；不少學者還研究了將物體視為點源，從而利用重力異常和重力梯度反演物體的位置及質量。

為了能夠準確的確定出潛艇模型所在的三維位置，在較為復雜的環境下仍然可以運用，為此我們提出一種基于重力梯度極值點的潛艇模型位置探測方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于重力梯度極值點的潛艇模型位置探測方法，能夠準確的確定出潛艇模型所在的三維位置，在較為復雜的環境下仍然可以運用。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于重力梯度極值點的潛艇模型位置探測方法，潛艇模型由半球形頭部、圓柱形中部、圓錐形尾部和內部的圓柱形耐壓艙組成，以潛艇模型圓柱形中部的形心為坐標原點，指向艇艏方向為X軸正向，左舷為Y軸正向，豎直向上為Z軸正向，建立空間直角坐標系，所述探測方法如下：

步驟一：根據中心極值點的位置，以及梯度張量非對角分量極值點之間的中心位置，確定潛艇模型的水平位置，即坐標(X，Y)；

步驟二：利用潛艇模型到觀測點垂直距離與極值點坐標的關系；

步驟三：根據觀測得到的重力梯度的極值點來反推出潛艇模型的深度并轉到相應坐標系中得到Z；

步驟四：綜合步驟一和步驟三的結果得到X，Y，Z。

作為本發明的一種優選的技術方案，所述潛艇模型產生的重力梯度分為兩部分：一部分為潛艇模型外殼產生的重力梯度，另一部分為潛艇模型圓柱形耐壓艙2引起的質量虧損而產生的重力梯度。

作為本發明的一種優選的技術方案，隨著潛艇模型深度的變化，特定高度處重力梯度各分量極值點的水平坐標亦會發生變化。

作為本發明的一種優選的技術方案，潛艇模型到觀測點的垂直距離從100m 到1000m，每間隔50m形成極值點坐標。

作為本發明的一種優選的技術方案，所述步驟二中利用多個極值點坐標聯合解算。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)能夠準確的確定出潛艇模型所在的三維位置，方法的穩健性較好，在較為復雜的環境下仍然可以運用；