1. 重力异常和重力梯度联合辅助导航算法

以地形轮廓匹配算法（TERCOM）为基础，设计最小均方误差旋转拟合法，将之用于重力匹配辅助导航并对其进行改进和优化。通过仿真试验并对算法的匹配可靠性和匹配误差进行分析，结果表明，相比原TERCOM算法和SITAN算法，该算法能实时获得载体的最优位置，匹配定位精度提高约35%，对提高现有重力场辅助导航的定位成功率和定位精度具有重要意义。

采用多模型自适应Kalman滤波算法对重力异常和重力梯度联合辅助导航，通过对沿航迹重力异常和重力梯度信息因子的实时分配，加权处理得到潜艇位置的最优实时估计。选取不同特征区域的多条航线进行仿真试验，对算法的匹配可靠性和匹配误差进行分析，结果表明，该算法能弥补单纯重力异常或重力梯度匹配定位精度不够、误匹配以及匹配失效情况的不足，提高现有重力场辅助导航的定位成功率和定位精度。

　　2. 可导航性研究与线路设计

重力辅助惯性导航系统的定位成功率和定位精度不仅与重力匹配算法有关，而且与重力数据库及匹配区域特征有关。以多模型自适应Kalman滤波原理为基础，设计了重力垂直梯度辅助惯性导航系统导航的可导航值计算方法，下图给出了西太平洋海域重力垂直梯度辅助导航2′×2′导航格网值。选取不同特征区域的多条航线进行辅助导航仿真定位，并对导航能力进行统计分析，给出了可导航性值、匹配成功概率、定位误差的关系。结果表明，本文设计的重力垂直梯度可导航性值可以作为匹配区域选择以及航线规划的数量性依据。　

　　重力垂直梯度可导航值分布图

　航线设计是一项复杂的系统工程，涉及知识面广，选择性和多变性强。本研究仅从重力匹配辅助导航的性能出发，设计了“折线”航线的思想。主要原理是在距离优先的情况下，是载体航行经过的可导航值最大。下表给出了某条航线匹配定位误差的定量结果，经过折线航线设计后，匹配定位误差从15.91n mile显著提升到1.85 n mile，充分说明了该方法的有效性。

　　

不同航线的可导航值和定位误差结果 　　 　　可导航值 　　均值 　　可导航值 　　标准差 　　定位误差 　　均值/n mile 　　定位误差 　　标准差/n mile 　　定位误差 　　均方差/n mile 　　直线 　　10.09 　　3.79 　　10.07 　　12.30 　　15.91 　　折线 　　20.03 　　3.94 　　1.60 　　0.91 　　1.85

　　

　　

　　3. 重力匹配辅助导航准试验

虽然仿真试验在一定程度上能够对重力匹配辅助导航系统进行检验，但仿真分析毕竟只是停留在理论研究阶段，考虑的外界因素相对简单化、理想化，因而仿真的结果缺乏足够的说服力。考虑到实地重力匹配辅助导航试验的经费过高，本研究采用了另外一种相对有效的准海上试验，通过沿航迹的高精度位置数据和高精度的实测重力数据，以对重力匹配辅助导航系统进行检验。

　　

　　上图给出了某条航线的重力异常匹配辅助导航试验的结果，这种准实时的海上试验检核方法的结果强有力的说明了重力匹配辅助导航的可行性和有效性！