一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端

1.本发明属于水下导航技术领域，尤其涉及一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端。


背景技术：

2.目前，21世纪，人类进入了大规模开发和利用海洋的时期。海洋在国际政治、经济、军事、科技竞争中的战略地位不断上升，水下搜救、勘探、探测、攻防、预警等国民经济和军事活动对水下载体高精度导航定位的需求日益迫切。特别是我国“海上丝绸之路”和“海洋强国”等国家战略的实施，水下导航将发挥越来越重要的保障作用。
3.然而，受海水介质物理特性和水下复杂环境条件影响，水下导航面临可用信息源少、水下环境复杂、惯性导航位置误差随时间积累的问题，使得水下实时、连续、长航时高精度定位导航技术成为开发海洋、利用海洋、管控海洋的技术难点和痛点。
4.目前，适用于水下作业载体的导航定位手段主要有惯性导航、声学定位导航、dvl辅助导航、物理场匹配导航等。然而惯性导航误差随时间积累，声学定位和dvl辅助导航需要发射或接收声波，容易暴露目标或被欺骗。如图1所示，物理场辅助惯性导航主要依托物理场匹配技术，其基本思想是：通过航行器自身搭载的设备测量所处位置的重力、地磁、位置等物理场特征信息，将实时测量值与预先构建好的海洋物理场背景图进行匹配，通过一定的匹配算法搜索策略获取航行器的位置，从而实现对惯性导航系统位累积误差的抑制。该方法不向外辐射信息，特别适用于军事应用需求下水下长航时、高隐蔽性的航行要求，是水下载体自主导航的重要研究方向。
5.目前，物理场匹配导航技术还处于理论完善阶段，实用性不强，主要存在以下几个问题：
6.1、匹配依据特征弱且信噪比低。
7.当前重力匹配导航的匹配指标一般是指重力异常值，即重力图是重力异常一维标量图，重力异常是当地重力扣除正常重力后的剩余信息，反观正常重力矢量本身具有显著位置属性(在地球坐标系下，正常重力矢量指向与该模型下经纬度具备一一对应的位置关系，且集中了重力的主要信息量)。重力本身是三维矢量，扣除正常重力，相当于既削弱了重力的矢量特征，又削弱了信息量特征，而匹配算法的关键在于匹配特征的强弱。因此，仅用重力异常进行匹配，存在匹配特征弱，匹配依据测量信噪比低的问题，这将导致重力匹配算法失配率高，使其在各类应用中不好用、不适用，匹配导航效果欠佳。
8.2、匹配特征维度少。
9.从匹配技术本身出发，任何匹配技术均是通过一定的策略搜索匹配特征，特征越丰富，搜索匹配域越小，匹配成功率和可靠性越高。目前的匹配技术大多采用一维重力异常或者磁场总强度作为特征量进行匹配导航，然而，一维重力异常/磁场总强度仅仅表现了重力/地磁信息的一个侧面特征，不能充分表达重力/地磁的信息量和矢量特征。
10.物理场匹配导航技术不向外辐射信息，特别适用于军事应用需求下水下长航时、
高隐蔽性的航行要求。然而，目前物理场匹配导航技术还处于理论完善阶段，实用性还不强，且具有匹配特征信噪比低、匹配特征维度低等明显缺陷。
11.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的水下导航技术匹配特征测量信噪比低，维度少，实用性还不强，匹配导航效果欠佳。


技术实现要素：

12.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端。
13.本发明是这样实现的，一种水下九维信息组合的匹配导航方法，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括：
14.分别获取载体的重力矢量数据、磁异常三分量信息、载体水平位置、载体深度，并构建载体所在深度处的重力背景场和地磁背景场；
15.根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用基于iccp算法的水下九维信息组合匹配导航方法，得到匹配后的高精度位置信息。
16.进一步，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括以下步骤：
17.步骤一，利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值；利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；
18.步骤二，利用惯导实时解算得到载体水平位置，利用深度计提供载体所在深度信息；
19.步骤三，根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场；
20.步骤四，根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息。
21.进一步，所述利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值包括：利用矢量重力测量仪实时采集载体系下的三维重力矢量，同时按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息。
22.进一步，所述根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场包括：
23.首先，根据载体的水平位置，结合载体导航时长，确定重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围；
24.其次，根据载体的水平位置以及重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围确定搜索重背景场以及搜索磁背景场；
25.最后，根据所述载体深度，将确定的搜索范围延拓至载体深度处，得到载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场。
26.进一步，所述根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息包括：
27.利用惯导解算得到的载体水平位置、载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场，通过查图法得到搜索矢量重力值和搜索三分量地磁信息；
28.根据得到的重力矢量测量值和磁异常三分量测量值、载体水平位置信息，以及搜
索矢量重力值和搜索三分量地磁信息；
29.利用基于iccp算法的水下九维信息组合匹配导航方法进行信息融合，得到匹配后的高精度位置。
30.本发明的另一目的在于提供一种实施所述水下九维信息组合匹配导航方法的水下九维信息组合匹配导航系统，所述水下九维信息组合匹配导航系统包括：
31.矢量重力测量仪，安装于惯性稳定平台上，用于实时采集并输出载体系下的三维重力矢量，同时按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息；
32.三分量磁力测量模块，用于利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；
33.惯性导航模块，用于实时获取水下载体的载体姿态、速度和位置以及其他导航信息；
34.惯性稳定平台，用于给矢量重力仪提供稳定的测量环境，减小航行器运动对矢量重力测量的影响；
35.测深仪，用于通过换能器在水中发射和接收声波信号实时解算得到载体在水下的深度；
36.控制模块，用于采用内-外双环控制结构的控制机箱、fpga控制器，通过模糊pid控制策略，进行惯性稳定平台姿态控制；
37.数据采集与处理模块，用于根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到对应深度处的重力背景场和地磁背景场；用于根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法得到匹配后的高精度位置信息。
38.本发明的另一目的在于提供一种实施所述水下九维信息组合的匹配导航方法的矢量重力测量与背景场构建方法。
39.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述水下九维信息组合的匹配导航方法的步骤。
40.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述水下九维信息组合的匹配导航方法的步骤。
41.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述水下九维信息组合的匹配导航系统。
42.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
43.本发明提供了一种基于iccp算法的水下“重力矢量-地磁三分量-深度-航迹”九维信息融合匹配导航方法，构建多维空间约束逼近函数，并设计了系统框架。
44.与传统基于重力异常信息的匹配方案相比，本发明的方案将具有显著位置属性的正常重力纳入匹配特征，以保证重力信息在地球坐标系三个维度均有足够的信息量，增强了匹配特征。
45.本发明的方案通过设计地球坐标系为基准坐标系，使重力矢量在三轴均有较高的测量信噪比，进一步挖掘了重力矢量特征，强化匹配依据，提高匹配效果。
46.与传统的一维(重力异常、磁场总强度等)匹配、三维匹配(重力梯度、磁场梯度等)等方案相比，本发明设计的水下“重力矢量-地磁三分量-深度-航迹”九维信息融合匹配导航方案将匹配维度由一维/三维提高到九维，增强了匹配过程中的约束条件。
47.本发明设计了一种水下九维信息融合的匹配导航方案，构建了矢量重力测量、三分量磁力测量、稳定平台控制、惯导解算、匹配导航等技术组合的一体化水下载体导航定位设备，发明的技术价值尤为突出。本发明可以应用于水下重力矢量测量及高精度背景场绘制、水下地磁三分量信息测量、水下航行器长时间作业保障等场景中，对于水下目标探测、地质结构勘探、矿物资源开发等的具有重要意义，具有极大的商业前景和价值。
48.本发明的技术方案是否解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：长期以来，受限于匹配依据特征弱、信噪比低、维度少等因素，水下长航时自主导航一直是制约人们进行水下勘探等活动的主要限制之一。本发明的方案在传统低维度匹配方案的基础上，联合“重力矢量-地磁三分量-深度-航迹”信息，构建了水下九维信息融合的匹配导航方法，并利用矢量重力仪、三分量磁力仪、深度计、惯性稳定平台、fpga控制器等仪器，提供了一种高精度、高稳定性、高可靠性的水下长航时定位导航技术。
49.此外，该系统还具有以下积极效果：
50.1)提高了水下作业的效率和安全性：通过实现高精度的水下匹配导航，可以帮助水下作业人员更加准确地掌握船体位置和姿态信息，从而提高水下作业的效率和安全性。
51.2)降低了水下作业的成本：该系统能够精准地测量重力矢量和磁异常三分量信息，从而提高了水下勘探和作业的效率，减少了勘探和作业的时间和成本。
52.3)提高了水下勘探和作业的精度和可靠性：该系统可以实时采集和处理水下九维信息，能够精确匹配不同信息之间的关系，从而提高了水下勘探和作业的精度和可靠性。
53.4)具有良好的适应性和通用性：该系统可以适应不同的水下环境和作业需求，可以广泛应用于海洋勘探、海洋石油开采、水下建筑、海底通信等领域，具有广阔的应用前景和市场潜力。
附图说明
54.图1是本发明实施例提供的水下九维信息组合的匹配导航系统架构图；
55.图2是本发明实施例提供的水下九维信息组合的匹配导航方法流程图；
56.图3是本发明实施例提供的物理场辅助惯性导航基本框架示意图。
具体实施方式
57.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
58.如图1所示，本发明实施例提供的水下九维信息组合的匹配导航系统包括：惯性导航系统、稳定平台、矢量重力测量仪、三分量磁力测量系统、测深仪、控制机箱和iccp九维匹配算法；
[0059]“惯性导航系统”：惯性导航系统是实现水下九维信息组合匹配导航的重要组成部分，可以提供载体姿态、速度和位置等导航信息，选用江西驰宇光电有限公司的120型激光陀螺惯性导航系统，为水下九维信息组合匹配导航算法提供搜索重力矢量和三维地磁数据的有效位置解算值。
[0060]“稳定平台”：稳定平台利用捷联惯性测量单元敏感载体运动，为矢量重力仪提供稳定的测量环境，保证矢量重力仪可以敏感实时的重力变化。选用本单位自主研发的光纤陀螺稳定平台，为水下九维信息组合匹配导航提供一个稳定、高精度的矢量重力实时测量数据。
[0061]“矢量重力仪”：矢量重力仪可以提供载体所在位置的重力矢量信息，选用湖南湖南艾恩斯科技有限公司生产的矢量重力仪，重力仪采用纯捷联的结构设计方案，体积小，安装方便，重力实时解算方法和滤波技术完善，保证了重力矢量数据的实时高精度测量。
[0062]“三分量磁力仪”：磁力仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息(即b
x
、by、bz)，选用加拿大marine magnetics公司研制的gemgsm-19t型质子磁力仪，该磁力仪分辨率和灵敏度分别可以达到0.01nt和0.05nt，在水下复杂环境中可以提供稳定的测量信息，为磁异常三分量信息的测量提供保障。
[0063]“测深仪”：测深仪通过换能器在水中发射和接收声波信号，可以实时解算得到载体在水下的深度，选用上海华测导航技术有限公司的d530双频测深仪，最大测深可达2000米，为重力矢量测量、磁异常三分量信息测量和惯导系统解算提供高精度的深度信息。
[0064]“控制模块”：控制机箱采用内-外双环控制结构，选用fpga控制器，通过模糊pid控制策略，实现惯性稳定平台姿态的自主式高精度控制，为矢量重力仪提供稳定的测量环境。
[0065]“数据采集及处理模块”：融合惯性导航系统提供的水平位置信息p
ins
、深度计提供的深度信息h、矢量重力仪提供的重力矢量信息gb、三分量磁力仪提供的磁异常三分量信息b，再结合重力矢量背景图gh和地磁三分量背景图βh，通过不断迭代更新得到高精度的匹配位置信息p
*
，从而实现对惯性导航系统的位置矫正。
[0066]
该水下九维信息组合匹配导航系统的工作原理是将惯性导航系统、稳定平台、矢量重力测量仪、三分量磁力测量系统、测深仪、控制机箱和iccp九维匹配算法等组成的多个模块相互协作，通过实时采集和处理水下九维信息(位置、速度、加速度、姿态、重力矢量、地磁三分量和深度)来实现高精度的匹配导航。
[0067]
具体来说，惯性导航系统提供载体姿态、速度和位置等导航信息，稳定平台提供稳定的测量环境，保证矢量重力仪可以敏感实时的重力变化，矢量重力仪可以提供载体所在位置的重力矢量信息，三分量磁力仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息，测深仪通过换能器在水中发射和接收声波信号，实时解算得到载体在水下的深度。控制机箱采用内-外双环控制结构和模糊pid控制策略，实现惯性稳定平台姿态的自主式高精度控制。数据采集及处理模块将这些信息进行融合，并结合重力矢量背景图和地磁三分量背景图，通过不断迭代更新得到高精度的匹配位置信息，从而实现对惯性导航系统的位置矫正。
[0068]
该系统的优点在于，通过多个模块的协作，可以实现对水下九维信息的实时采集和处理，并能够精准匹配不同信息之间的关系，从而提高了导航的精度和可靠性。另外，该系统具有稳定性好、精度高、能够适应水下复杂环境等优点，能够满足实际水下作业的需求。
[0069]
如图2所示，本发明实施例提供的水下九维信息组合的匹配导航方法包括以下步骤：
[0070]
s101，利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值；利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；
[0071]
s102，利用惯导实时解算得到载体水平位置，利用深度计提供载体所在深度；
[0072]
s103，根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场；
[0073]
s104，根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息。
[0074]
本发明瞄准隐蔽性、可靠性水下长航时定位导航的需求，针对物理场匹配技术中通常以一维重力异常或磁场总强度为匹配依据，从而造成匹配特征测量信噪比低，维度少的问题，构建了“水下九维信息组合的匹配导航方法”技术框架，主要包括：
[0075]
1、将矢量重力测量仪器安装在惯性稳定平台上，使重力仪实时追踪导航坐标系，确保测量环境稳定。
[0076]
2、重力仪实时采集并输出载体系下的三维重力矢量gb，然后按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息ge。
[0077]
3、利用深海拖曳式三分量磁力测量系统，结合消磁手段，测量得到地磁三分量信息b。
[0078]
4、惯导实时提供水下载体的水平位置信息p
ins
，深度计实时测量水下载体所在深度h。
[0079]
5、根据水下载体所在深度h，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到深度h处的重力背景场gh和地磁背景场βh。
[0080]
6、根据三维重力测量信息ge、三维地磁测量信息b、水平位置信息p
ins
和水下载体所在深度h，利用iccp方法设计水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息p
*
。
[0081]
步骤1：矢量重力仪实时测量重力矢量数据值gb，三分量磁力仪实时提供磁异常三分量信息b。
[0082]
步骤2：惯导实时解算得到载体水平位置p
ins
，深度计提供载体所在深度h。
[0083]
步骤3：根据步骤2得到的水平位置p
ins
，结合载体导航时长t，确定重力背景场搜索范围δpg和地磁背景场搜索范围δpb。
[0084]
步骤4：进一步，根据步骤2得到的水平位置p
ins
，步骤3得到的搜索范围δpg和δpb，确定搜索重/磁背景场范围gi和βi。
[0085]
步骤5：利用步骤2得到的深度h，将步骤4确定的搜索重/磁背景场范围gi和βi延拓至深度h处，得到载体所在平面的搜索重/磁背景场范围gh和βh。
[0086]
步骤6：利用步骤2得到的水平位置p
ins
，步骤5得到的载体所在平面搜索重/磁背景场范围gh和βh，通过查图法得到搜索矢量重力值gs和搜索三分量地磁信息bs。
[0087]
步骤7：根据步骤1得到的重力矢量测量值gb和磁异常三分量测量值b、步骤2得到的载体水平位置信息p
ins
，以及步骤6得到的搜索矢量重力值gs和搜索三分量地磁信息bs，利
用本发明设计的基于iccp算法的水下九维信息组合匹配导航方法进行信息融合，输出匹配后的高精度位置p
*
。
[0088]
应用实施例1：
[0089]
本发明的水下九维信息组合的匹配导航方法可应用于水下矢量重力测量与背景场构建。水下重力矢量的测量与背景场构建是资源勘探、目标探测等活动的重要手段，也是国家必须掌握的战略资源。本发明的技术方案所构建的一体化水下载体导航定位设备，可以在实现水下长航时、高精度自主定位导航的同时，完成水下矢量重力背景场的构建，填补水下矢量重力信息的空白区域。
[0090]
应用实施例2：
[0091]
本发明的水下九维信息组合的匹配导航方法可应用于水下三分量地磁测量与背景场构建。本发明的技术方案利用搭载的gemgsm-19t型质子磁力仪，可以实现水下三分量地磁测量，构建水下地磁三分量基准图，填补水下三分量地磁信息的空白区域，从而为人们的水下勘探等活动提供保障。
[0092]
应用实施例3：
[0093]
本发明的水下九维信息组合的匹配导航方法可应用于不同深度的矢量重力/三分量地磁背景场的构建。本发明构建的一体化水下载体导航定位设备具有多项功能，其中深度计可以实时测量载体所在深度，利用延拓技术可以将水下航行所构建高度平面的矢量重力/三分量地磁背景场进行延拓，从而得到不同深度的背景场。
[0094]
应用实施例4：
[0095]
本发明的水下九维信息组合的匹配导航方法可应用于任何需要匹配导航的设备。本发明的技术方案设计了包括矢量重力仪、三分量地磁仪、稳定平台、深度计、惯性导航系统等设备在内的一体化水下导航定位装置，其主要功能是实现水下长航时、高精度自主匹配导航，可应用在目前任何需要匹配导航保障的设备。
[0096]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0097]
仿真分析传统重力异常匹配方案、传统磁场总强度匹配方案、传统重力梯度匹配方案、传统地磁梯度匹配方案和本发明提出的九维信息融合的匹配方案，将匹配后的位置误差进行统计比较，如表1所示。可以看到，本发明方案的位置误差最大值为0.53海里，较四种传统方法分别提高79.3％、84.7％、49％和55.4％；本发明方案的位置误差平均值为0.21海里，较四种传统方法分别提高80.7％、84.4％、51.1％和59.6％；本发明方案的位置误差标准差为0.35海里，较四种传统方法分别提高62.8％、63.8％、23.5％和48％。
[0098]
表1误差统计(单位：海里)
[0099][0100][0101]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括：分别获取载体的重力矢量数据、磁异常三分量信息、载体水平位置、载体深度，并构建载体所在深度处的重力背景场和地磁背景场；根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用基于iccp算法的水下九维信息组合匹配导航方法，得到匹配后的高精度位置信息。2.如权利要求1所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述水下九维信息组合的匹配导航方法包括以下步骤：步骤一，利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值；利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；步骤二，利用惯导实时解算得到载体水平位置，利用深度计提供载体所在深度信息；步骤三，根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场；步骤四，根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息。3.如权利要求2所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述利用矢量重力测量仪获取载体的重力矢量数据值包括：利用矢量重力测量仪实时采集载体系下的三维重力矢量，同时按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息。4.如权利要求2所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到载体深度处的重力背景场和地磁背景场包括：首先，根据载体的水平位置，结合载体导航时长，确定重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围；其次，根据载体的水平位置以及重力背景场搜索范围和地磁背景场搜索范围确定搜索重背景场以及搜索磁背景场；最后，根据所述载体深度，将确定的搜索范围延拓至载体深度处，得到载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场。5.如权利要求2所述水下九维信息组合的匹配导航方法，其特征在于，所述根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法，得到匹配后的高精度位置信息包括：利用惯导解算得到的载体水平位置、载体所在平面的搜索重力背景场和搜索地磁背景场，通过查图法得到搜索矢量重力值和搜索三分量地磁信息；根据得到的重力矢量测量值和磁异常三分量测量值、载体水平位置信息，以及搜索矢量重力值和搜索三分量地磁信息；利用基于iccp算法的水下九维信息组合匹配导航方法进行信息融合，得到匹配后的高精度位置。6.一种实施如权利要求1-5任意一项所述水下九维信息组合匹配导航方法的水下九维信息组合匹配导航系统，其特征在于，所述水下九维信息组合匹配导航系统包括：
矢量重力测量仪，安装于惯性稳定平台上，用于实时采集并输出载体系下的三维重力矢量，同时按照解耦重力项的姿态矩阵投影到地理坐标系，再向地球坐标系下投影，得到地球坐标系下的三维矢量重力信息；三分量磁力测量模块，用于利用深海拖曳式三分量磁力测量仪测量载体所在位置的磁异常三分量信息；惯性导航模块，用于实时获取水下载体的载体姿态、速度和位置以及其他导航信息；惯性稳定平台，用于给矢量重力仪提供稳定的测量环境，减小航行器运动对矢量重力测量的影响；测深仪，用于通过换能器在水中发射和接收声波信号实时解算得到载体在水下的深度；控制模块，用于采用内-外双环控制结构的控制机箱、fpga控制器，通过模糊pid控制策略，进行惯性稳定平台姿态控制；数据采集与处理模块，用于根据水下载体所在深度，将三维重力基准图和三维地磁基准图进行延拓，得到对应深度处的重力背景场和地磁背景场；用于根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用水下九维信息组合匹配导航算法得到匹配后的高精度位置信息。7.一种实施如权利要求1-5任意一项所述水下九维信息组合的匹配导航方法的矢量重力测量与背景场构建方法。8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5任意一项所述水下九维信息组合的匹配导航方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5任意一项所述水下九维信息组合的匹配导航方法的步骤。10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求6所述水下九维信息组合的匹配导航系统。

技术总结
本发明属于水下导航技术领域，公开了一种水下九维信息组合的匹配导航方法、系统及终端，包括：分别获取载体的重力矢量数据、磁异常三分量信息、载体水平位置、载体深度，并构建载体所在深度处的重力背景场和地磁背景场；根据三维重力测量信息、三维地磁测量信息、水平位置信息和水下载体所在深度，利用基于ICCP算法的水下九维信息组合匹配导航方法，得到匹配后的高精度位置信息。本发明可以应用于水下重力矢量测量及高精度背景场绘制、水下地磁三分量信息测量、水下航行器长时间作业保障、等场景中，对于水下目标探测、地质结构勘探、矿物资源开发等的具有重要意义，具有极大的商业前景和价值。价值。价值。


技术研发人员：李京书 何泓洋 毛宁 崔国恒 许江宁 李方能 吴苗
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/10/11