徐 瑞，朱筱虹，趙金賢

（北京環(huán)球信息應(yīng)用開(kāi)發(fā)中心，北京100094）

匹配導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)體系分析

徐 瑞，朱筱虹，趙金賢

（北京環(huán)球信息應(yīng)用開(kāi)發(fā)中心，北京100094）

匹配導(dǎo)航是一種運(yùn)用匹配算法對(duì)載體預(yù)存的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配來(lái)確定載體位置信息的自主導(dǎo)航技術(shù)。通過(guò)分析匹配導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域，梳理了國(guó)內(nèi)外匹配導(dǎo)航技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，給出了匹配導(dǎo)航技術(shù)的一種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)匹配導(dǎo)航制定的標(biāo)準(zhǔn)給出了意見(jiàn)和建議。

匹配導(dǎo)航；標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀；標(biāo)準(zhǔn)體系

1 匹配導(dǎo)航的概念

匹配導(dǎo)航屬于自主導(dǎo)航，是一種輔助導(dǎo)航手段，它采取導(dǎo)航信息匹配技術(shù)與載體已經(jīng)存在的導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配以估算出載體的位置信息，滿(mǎn)足不同載體的導(dǎo)航定位需求[1]。實(shí)現(xiàn)匹配導(dǎo)航的關(guān)鍵要素有 3點(diǎn)：首先要有存儲(chǔ)在載體上的、待匹配的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，主要指的是匹配圖；其次要有實(shí)時(shí)測(cè)量匹配導(dǎo)航數(shù)據(jù)的傳感器；最后是要有一定的匹配算法實(shí)現(xiàn)匹配。根據(jù)目前匹配導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，主要包括地形匹配、地磁匹配和重力匹配等3種匹配導(dǎo)航技術(shù)。地形匹配[2,3]是利用地形凹凸不平的特征與地理位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,用運(yùn)動(dòng)載體實(shí)時(shí)測(cè)量得到的地形圖與已知的三維地形基準(zhǔn)圖進(jìn)行配準(zhǔn)來(lái)確定載體自身的位置信息。需要說(shuō)明的是，地形匹配可以分成地形高程匹配和地形景象匹配。由于景象匹配主要用于導(dǎo)彈等武器的末端制導(dǎo)，不在本文的研究范圍，所以本文的地形匹配導(dǎo)航指的是地形高程匹配導(dǎo)航 (下文簡(jiǎn)稱(chēng)地形匹配導(dǎo)航)。地磁匹配[4-6]是利用地磁傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量某區(qū)域的地磁數(shù)據(jù)，從載體的地磁數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相應(yīng)的預(yù)先存儲(chǔ)好的地磁圖數(shù)據(jù)(包括該區(qū)域的經(jīng)緯度信息和地磁場(chǎng)特征信息)，利用匹配算法進(jìn)行匹配以估計(jì)出載體的位置信息。重力匹配[7,8]利用重力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量重力特征數(shù)據(jù)，并與載體中已經(jīng)存在的重力數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的位置信息進(jìn)行匹配，利用匹配解算軟件進(jìn)行解算，求得最佳匹配位置的一種匹配導(dǎo)航技術(shù)。重力匹配導(dǎo)航通過(guò)輔助慣性導(dǎo)航來(lái)校正慣導(dǎo)的累積誤差。

本文對(duì)目前匹配導(dǎo)航已制定的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸納總結(jié)，根據(jù)匹配導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，按照參考文獻(xiàn)[1]提出的導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)體系從局部到整體的建立方法，給出了匹配導(dǎo)航的一種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)我國(guó)匹配導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定給出意見(jiàn)和建議。

2 匹配導(dǎo)航技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)

2.1 地形匹配導(dǎo)航技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)

地形匹配導(dǎo)航技術(shù)是一種自主、隱蔽、全天候、低成本，且適用于丘陵、山地等地形，導(dǎo)航定位精度與航程無(wú)關(guān)的低空導(dǎo)航技術(shù)，也是近年來(lái)受到廣泛重視并已成功使用的輔助導(dǎo)航技術(shù)。地形匹配導(dǎo)航用地形傳感器測(cè)得高度，并把高度值作為待匹配的特征量，通過(guò)匹配算法將測(cè)得的高度值與匹配圖進(jìn)行匹配，從而得到精確位置，因此，構(gòu)成地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)的要素是數(shù)字地圖、地形傳感器和地形匹配算法。數(shù)字地圖就是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中數(shù)字化了的地圖，它是通過(guò)對(duì)地形高度的離散采樣并量化后得到的；其采樣距離叫做網(wǎng)格距離，數(shù)字地圖采用二維平面坐標(biāo)，通常采用WGS-84大地坐標(biāo)系。地形高度值用地形傳感器測(cè)量，就目前的地形匹配測(cè)高儀器而言，地形傳感器就是高度表，主要有氣壓高度表和無(wú)線(xiàn)電高度表 (雷達(dá)高度表)2種。氣壓高度表是通過(guò)測(cè)量環(huán)境大氣壓力間接測(cè)量飛行器高度的儀器；無(wú)線(xiàn)電高度表是根據(jù)無(wú)線(xiàn)電波反射原理測(cè)量航空器距地面真實(shí)高度的機(jī)載無(wú)線(xiàn)電設(shè)備，它實(shí)際上是一種以地面(海平面)為探測(cè)目標(biāo)的測(cè)距雷達(dá)，所指示的高度即為真實(shí)高度。按工作方式不同，可分為調(diào)頻式和脈沖式2種。匹配算法是地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)的核心，目前存在2種基本算法：TERCOM (TerrainContourMatching)算法和SITAN(S and ia Inertial Terrain Aided Navigation)算法。TERCOM算法[9]以地形的標(biāo)高剖面圖為基礎(chǔ)確定載體位置；SITAN算法[10]采用的是遞推的擴(kuò)展卡爾曼濾波技術(shù)。這 2種地形匹配導(dǎo)航算法各有側(cè)重，TERCOM算法能快速、準(zhǔn)確地搜索出配準(zhǔn)位置，并直接以地形配準(zhǔn)的結(jié)果作為最終估計(jì)，實(shí)現(xiàn)搜索；SITAN算法在位置誤差較小的情況下，能有效地估計(jì)并修正載體誤差，實(shí)現(xiàn)跟蹤。TERCOM系統(tǒng)和SITAN系統(tǒng)[11]是目前2種經(jīng)典的地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)。TERCOM系統(tǒng)采用的匹配算法為斷續(xù)的批相關(guān)處理算法，是批相關(guān)處理技術(shù)的典型代表。美國(guó)麥道飛機(jī)公司研制的機(jī)動(dòng)地形相關(guān)系統(tǒng)(MTCS)、英國(guó)布列顛宇航公司 (BAE)研制的地形剖面匹配系統(tǒng) (TERPROM)、英國(guó)費(fèi)倫蒂公司研制的PENETRATE系統(tǒng)以及法國(guó)薩吉姆公司 (SAGEM)研制的地形剖面匹配導(dǎo)航系統(tǒng)均是在TERCOM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)而形成的新系統(tǒng)。SITAN系統(tǒng)采用了遞推的卡爾曼濾波技術(shù)，實(shí)時(shí)性更好，已在美國(guó)空軍得到廣泛應(yīng)用。到目前為止，地形匹配技術(shù)的應(yīng)用對(duì)象主要有飛機(jī)、潛艇和巡航導(dǎo)彈3類(lèi)，巡航導(dǎo)彈是制導(dǎo)系統(tǒng)，超出了本文的研究范圍。在航空導(dǎo)航領(lǐng)域，地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)能滿(mǎn)足戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和飛機(jī)機(jī)動(dòng)飛行，尤其是低空、超低空飛行的要求，對(duì)近空支援、低空強(qiáng)擊、突防、截?fù)舻葢?zhàn)術(shù)飛行十分有用；在水下導(dǎo)航領(lǐng)域，潛艇可以利用海底地形匹配慣性導(dǎo)航來(lái)校正慣性導(dǎo)航的誤差進(jìn)行隱蔽航行。由于海底數(shù)字地圖的制作方法還處在研究階段，因此地形匹配導(dǎo)航技術(shù)還沒(méi)有應(yīng)用在潛艇等水下潛器上?？梢灶A(yù)見(jiàn)，一旦地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)在潛艇上應(yīng)用成功，必將大大提高潛艇的作戰(zhàn)威力。對(duì)于航空地形匹配和水下地形匹配來(lái)說(shuō)，由于測(cè)量設(shè)備的能力有限，也就限制了地形匹配導(dǎo)航的應(yīng)用范圍。航空地形匹配系統(tǒng)是一種低高度工作的系統(tǒng)，離地高度超過(guò)300 m時(shí)其精度就會(huì)明顯降低，而到了800～1500m的高度則無(wú)法使用。由于地形匹配導(dǎo)航主要利用數(shù)字高程信息進(jìn)行修正，而在平坦地域高程變化不大，無(wú)法確定精確位置，會(huì)造成較大的定位誤差。因此，地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)只能在具有起伏特征的地區(qū)飛行，在平坦的地區(qū)或水平面上飛行使用效果差。對(duì)于水下航行器而言，由于聲納的測(cè)量深度所限，也必須在距離海底大約1 000 m以下。

對(duì)于地形高程匹配導(dǎo)航系統(tǒng)，用到的數(shù)字地圖就是數(shù)字高程模型，即DEM數(shù)據(jù)。到目前為止，我國(guó)只出臺(tái)了1項(xiàng)數(shù)字高程模型的標(biāo)準(zhǔn)，即《軍用數(shù)字地圖數(shù)字高程模型通用要求》(GJB 3455-1998)。目前，實(shí)際得到應(yīng)用的地形傳感器只有高度表，可查到的國(guó)內(nèi)外高度表標(biāo)準(zhǔn)共10項(xiàng)，其中國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，分別是美國(guó)海軍標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，即《AN/APQ-107型雷達(dá)高度表警告設(shè)備》(NAVY M IL-R-24011A-1965和 NAVY M ILR-24011A-1997)；美國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電設(shè)備公司 1項(xiàng)，即《無(wú)線(xiàn)電高度表1978，含補(bǔ)充件1-7》(ARINC707-7-2009)和美國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)工程師協(xié)會(huì)1項(xiàng)，即《氣壓高度表設(shè)備》(SAE AS 8009B-2005)。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)，分別是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 2項(xiàng)，即《無(wú)線(xiàn)電高度表通用技術(shù)條件》(GB/T 11469-1989)和《氣壓高度表檢定規(guī)程》(JJG 683-1990)；國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，即《無(wú)線(xiàn)電高度表通用規(guī)范》(GJB 2273-1995)和《無(wú)線(xiàn)電高度表檢驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)程》(GJB 3959-2000)；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，其中航天標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)《無(wú)線(xiàn)電高度表通用技術(shù)條件》(QJ 1298-1987)，電子標(biāo)準(zhǔn) 1項(xiàng)《機(jī)載氣壓數(shù)字高度表通用規(guī)范》(SJ20406-1994)。

2.2 地磁匹配導(dǎo)航技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)

地磁匹配技術(shù)的本質(zhì)是利用信息處理方法,將實(shí)際測(cè)量的地磁場(chǎng)信息與存儲(chǔ)在航行體中的地磁圖數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較,按照一定的準(zhǔn)則判斷兩者間的相關(guān)性,以此確定最佳匹配點(diǎn),從而得到位置信息。實(shí)現(xiàn)地磁匹配導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)有3個(gè)：首先要建立精確的地磁場(chǎng)模型；其次，要利用地磁傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量某區(qū)域的地磁數(shù)據(jù)；最后，要有適用于地磁導(dǎo)航的核心匹配算法。地磁場(chǎng)模型包括全球地磁場(chǎng)模型和局部地磁場(chǎng)模型，現(xiàn)有的全球地磁場(chǎng)模型僅是對(duì)主磁場(chǎng)部分的描述，精度有限且尚不能反映出復(fù)雜的地磁異常信息，因此在高精度導(dǎo)航要求的情況下需要采用局部地磁場(chǎng)模型或局部地磁圖。當(dāng)前的地磁場(chǎng)模型和地磁圖水平仍滿(mǎn)足不了高精度導(dǎo)航的要求。另外,僅有地磁場(chǎng)模型和地磁圖還是不夠完善的,還需要研究影響地磁導(dǎo)航效果的一些重要地磁場(chǎng)因素,這些因素包括變化磁場(chǎng)對(duì)匹配的影響、地磁場(chǎng)隨高度和時(shí)間變化的規(guī)律和地磁場(chǎng)起伏規(guī)律等,而目前對(duì)于這些問(wèn)題尚無(wú)太多的結(jié)論。其中地磁場(chǎng)隨高度變化規(guī)律有望通過(guò)分析衛(wèi)星、航空地磁場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)獲得[12]。目前地磁場(chǎng)模型的空間分辨率國(guó)內(nèi)不高于300 km，國(guó)外不高于400 km，按照地磁匹配慣導(dǎo)的精度要求，格網(wǎng)分辨率要達(dá)到4 km(2'×2')，目前的地磁場(chǎng)模型精度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到匹配要求，因此，必然需要研制符合導(dǎo)航要求的地磁基準(zhǔn)圖。進(jìn)行地磁導(dǎo)航的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是實(shí)時(shí)圖的獲取。在實(shí)時(shí)圖的獲取過(guò)程中，對(duì)磁測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)速度、精度、分辨率、工作環(huán)境溫度、測(cè)量范圍、質(zhì)量、體積及抗干擾性等均有很高的要求。常見(jiàn)的磁測(cè)量設(shè)備有磁力儀、磁強(qiáng)計(jì)、磁通門(mén)計(jì)等。地磁場(chǎng)屬于弱磁場(chǎng)，由于現(xiàn)有的弱磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備不能同時(shí)滿(mǎn)足地磁導(dǎo)航測(cè)量時(shí)對(duì)響應(yīng)速度、精度和分辨率等性能指標(biāo)的要求，因此，高性能磁傳感器成為制約地磁導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。地磁匹配算法是制約地磁導(dǎo)航的又一關(guān)鍵因素。算法應(yīng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力,較高的匹配精度和較低的計(jì)算復(fù)雜度。地磁匹配算法屬于數(shù)字地圖匹配技術(shù)，目前主要分 2類(lèi)[5]：一類(lèi)強(qiáng)調(diào)它們之間的相似程度，如互相關(guān)算法 (COR)和相關(guān)系數(shù)法 (CC)；另一類(lèi)強(qiáng)調(diào)它們之間的差別程度，如平均絕對(duì)差算法 (MAD)、均方差算法 (MSD)。目前，地磁匹配導(dǎo)航的典型應(yīng)用領(lǐng)域是與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合使用，作為潛艇的一種有效的水下自主導(dǎo)航方式。在這一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外都已開(kāi)展了大量的研究，是目前地磁匹配導(dǎo)航的研究熱點(diǎn)。在航空地磁匹配導(dǎo)航領(lǐng)域，國(guó)外已經(jīng)成功應(yīng)用在民用飛機(jī)上，在軍用飛機(jī)上還未見(jiàn)報(bào)道。此外，隨著地磁匹配導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，未來(lái)在商船、飛行器、自動(dòng)駕駛車(chē)輛等民用載體上都可采用地磁匹配導(dǎo)航技術(shù)，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，國(guó)內(nèi)頒布了6項(xiàng)磁測(cè)和磁力儀相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，都是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中地震行業(yè) 5項(xiàng)，分別是《地面高精度磁測(cè)技術(shù)規(guī)定》(DZ56-1987)、《地面高精度磁測(cè)技術(shù)規(guī)程》(DZ/T 0071-1993)、《便攜式質(zhì)子磁力儀通用技術(shù)條件》(DZ/T0140-1994)、《地震觀(guān)測(cè)儀器進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求地震觀(guān)測(cè)儀第1部分磁通門(mén)磁力儀》(DB/T 30.1-2008)和《地震觀(guān)測(cè)儀器進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求地震觀(guān)測(cè)儀第2部分質(zhì)子矢量磁力儀》(DB/T 30.2-2008)；石油行業(yè)的1項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是《磁力儀使用與維護(hù)》（SY/T 6249-2005）。從目前出臺(tái)的磁測(cè)和地磁傳感器標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，都是在靜態(tài)環(huán)境下進(jìn)行地磁測(cè)量和用于地磁靜態(tài)測(cè)量的器件標(biāo)準(zhǔn)，而地磁匹配導(dǎo)航的地磁數(shù)據(jù)要求是實(shí)時(shí)測(cè)量的，并且對(duì)磁測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)速度、精度、分辨率、工作環(huán)境溫度、測(cè)量范圍、質(zhì)量、體積及抗干擾性等均有很高的要求。這些弱磁場(chǎng)測(cè)量設(shè)備不能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求，因此，目前出臺(tái)的磁測(cè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)均不能滿(mǎn)足地磁匹配導(dǎo)航的要求，到目前為止還沒(méi)有出臺(tái)地磁匹配導(dǎo)航的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 重力匹配導(dǎo)航技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)

從目前公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)可知，重力匹配導(dǎo)航的研究始于20世紀(jì)70年代美國(guó)海軍的一項(xiàng)絕密軍事計(jì)劃，其目的是提高三叉戟彈道導(dǎo)彈潛艇性能。地球重力場(chǎng)的變化是地球所固有的物理信息，由于測(cè)量傳感器不需要向外部輻射能量，并且特征明顯、狀態(tài)穩(wěn)定，因此通過(guò)將重力場(chǎng)特征的測(cè)量信息與預(yù)測(cè)的參考重力信息相匹配，可以實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的水下校正，達(dá)到長(zhǎng)期高精度導(dǎo)航的目的。實(shí)現(xiàn)重力匹配導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)鍵要素有重力圖、重力傳感器和重力匹配算法。重力圖是重力數(shù)據(jù)的一種可視化表示，一般用網(wǎng)格方式描述，其數(shù)據(jù)可以是隨空間變化的離散重力值；也可以是重力異常值；也可以是重力梯度分量值[13]。重力匹配導(dǎo)航適用于重力特征變化較大的區(qū)域。導(dǎo)航用重力圖是重力匹配導(dǎo)航的基礎(chǔ)，重力圖的精度及匹配區(qū)域的重力場(chǎng)特性直接影響匹配效果，要提高重力匹配導(dǎo)航的可靠性和準(zhǔn)確性，必須仔細(xì)挑選有足夠地理特征的重力匹配區(qū)。理想情況下，匹配區(qū)域各重力場(chǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)具有以下性質(zhì)：各網(wǎng)格數(shù)據(jù)比較離散，數(shù)據(jù)間相關(guān)性小，重力參考向量之間相似程度較低，這樣能夠得到較好的匹配性能和定位參數(shù)。理論上重力匹配慣性導(dǎo)航的精度不超過(guò)格網(wǎng)分辨率的一半，即1'×1'，目前海洋重力數(shù)據(jù)分辨率已經(jīng)達(dá)到了2'×2'(格網(wǎng)分辨率4km)，基本能支撐海洋重力匹配導(dǎo)航的工程實(shí)現(xiàn)，能夠滿(mǎn)足潛艇的導(dǎo)航需求。由于測(cè)量手段和應(yīng)用等因素的限制，目前陸地重力數(shù)據(jù)分辨率只能達(dá)到5'×5'，比海洋重力數(shù)據(jù)分辨率低，因此，海洋上更有條件實(shí)施重力匹配導(dǎo)航[14，15]。重力傳感器包括重力儀和重力梯度儀。重力儀是用來(lái)測(cè)定重力加速度的儀器，也叫重力加速度儀，用于測(cè)量重力異?；蛑亓κ噶康拇笮∠鄬?duì)標(biāo)準(zhǔn)地球模型的偏差。重力梯度儀是測(cè)定重力場(chǎng)垂直梯度的儀器，它是用于測(cè)量重力梯度即重力在三維上的變化率。目前，能夠用于重力匹配導(dǎo)航的重力場(chǎng)數(shù)據(jù)主要有重力異常、重力梯度、垂線(xiàn)偏差、重力異常與重力梯度聯(lián)合數(shù)據(jù)4種，其中后3種必需采用重力梯度儀。文獻(xiàn)[16]、[17]介紹了國(guó)內(nèi)外重力梯度儀的研究現(xiàn)狀。文獻(xiàn)[17]指出，目前國(guó)內(nèi)在重力梯度儀硬件方面的研制較之國(guó)外還比較落后，還沒(méi)有適合重力匹配導(dǎo)航的高精度重力梯度儀。匹配算法是重力匹配導(dǎo)航的核心技術(shù)，航行體最終的匹配航跡都要由特定的匹配算法來(lái)計(jì)算，重力匹配算法也叫重力圖形匹配算法，它在原理上借鑒了比較成熟的地形匹配算法，如相關(guān)匹配算法和卡爾曼濾波匹配算法。目前，重力匹配導(dǎo)航的典型應(yīng)用方向是水下潛器的隱蔽導(dǎo)航，利用海洋重力場(chǎng)的時(shí)空特征提高慣性導(dǎo)航精度，并在水下完成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)綜合校正，實(shí)現(xiàn)水下精確定位。重力匹配導(dǎo)航已成為艦船導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

由于國(guó)外對(duì)重力匹配導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)的封鎖，找不到國(guó)外該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)目前出臺(tái)了一些重力測(cè)量和重力儀的標(biāo)準(zhǔn)。重力測(cè)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)，其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 3項(xiàng)，《加密重力測(cè)量規(guī)范》(GB 18458.3-2005)、《國(guó)家重力控制測(cè)量規(guī)范》(GB/T 20256-2006)、《國(guó)家大地測(cè)量基本技術(shù)規(guī)定》(GB 22021-2008)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 7項(xiàng)，其中地震行業(yè)5項(xiàng)：《重力調(diào)查技術(shù)規(guī)定(1∶50000)》(DZ 0004-1991)、《區(qū)域重力調(diào)查規(guī)范》(DZ/T 0082-1993)、《大比例尺重力勘查規(guī)范》(DZ/T 0171-1997)、《地震臺(tái)站建立規(guī)范.重力臺(tái)站》(DB/T 7-2003)和《地震臺(tái)網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求重力觀(guān)測(cè)網(wǎng)》(DB/T 39-2010)；測(cè)繪1項(xiàng)，即《國(guó)家一等重力測(cè)量規(guī)范》(CH/T 2003-1999)；石油1項(xiàng)，即《地面重力勘測(cè)技術(shù)規(guī)程》(DB/T 7-2003)。重力儀標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，其中地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)：《ZSM-3型石英彈簧重力儀》(DZ 0035-1992)、《重力儀環(huán)境試驗(yàn)條件及方法》(DZ/T0082-1993)和《地震觀(guān)測(cè)儀器進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求重力儀》(DB/T 23-2007)；石油1項(xiàng)，即《重力儀使用與維護(hù)》(SY/T 5939-2009)。目前國(guó)內(nèi)地震和石油等行業(yè)的重力測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)都是在靜態(tài)環(huán)境下的重力測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，主要用于國(guó)土資源調(diào)查和資料積累等，并非用作導(dǎo)航目的。從目前國(guó)內(nèi)出臺(tái)的重力儀標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，國(guó)內(nèi)研制的重力儀也不能滿(mǎn)足導(dǎo)航要求，導(dǎo)航用重力數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的，對(duì)覆蓋范圍、測(cè)量精度、分辨率和變化頻率都有特殊要求，而且對(duì)重力傳感器的要求較高，主要使用重力梯度儀，由于我國(guó)在重力匹配導(dǎo)航領(lǐng)域的研究起步較晚，目前大部分的研究集中在匹配算法的仿真論證階段，離重力匹配導(dǎo)航的工程實(shí)現(xiàn)還有一定差距，因此，迄今為止并未出臺(tái)與重力匹配導(dǎo)航相關(guān)的任何標(biāo)準(zhǔn)。

3 匹配導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)體系

相對(duì)于其他導(dǎo)航技術(shù)，匹配導(dǎo)航技術(shù)是起步較晚且發(fā)展較新的導(dǎo)航技術(shù)，國(guó)內(nèi)在匹配導(dǎo)航領(lǐng)域的研究還處在起步階段，大量研究還集中在匹配算法上，而對(duì)于匹配圖和測(cè)量傳感器的研究相對(duì)較少，特別是對(duì)導(dǎo)航用高精度磁力儀和重力梯度儀的研制還處在初級(jí)階段，目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有可用于地磁和重力匹配的測(cè)量傳感器。通過(guò)對(duì)當(dāng)前匹配導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)和應(yīng)用的研究，本文給出了一種匹配導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)的體系框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。隨著匹配導(dǎo)航技術(shù)和應(yīng)用的日趨完善，關(guān)于其標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)也將逐漸豐富和完善。

圖1 匹配導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖

匹配導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)體系由通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)兩部分組成。其中，通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)指的是在匹配導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)必須遵循的通用性標(biāo)準(zhǔn)，可被各種匹配導(dǎo)航系統(tǒng)直接應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，也可作為編制其他標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，目前匹配導(dǎo)航通用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要是用作匹配的各種數(shù)字圖的標(biāo)準(zhǔn)，即數(shù)字地圖、地磁圖和重力圖。匹配圖是實(shí)現(xiàn)匹配導(dǎo)航的前提條件和基礎(chǔ)。目前只有用作導(dǎo)航的數(shù)字地圖頒布了 1項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即數(shù)字高程模型，而用于導(dǎo)航的地磁圖和重力圖都還在研究階段，因而尚未出臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。需要說(shuō)明的是，數(shù)字地圖屬于地理信息產(chǎn)品范疇，已被納入測(cè)繪領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系，當(dāng)?shù)匦纹ヅ湫枰褂脭?shù)字地圖時(shí)，建議根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，參考測(cè)繪領(lǐng)域的地理空間信息產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

匹配導(dǎo)航應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)包括設(shè)備類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)就是匹配導(dǎo)航測(cè)量傳感器標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)匹配導(dǎo)航傳感器現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平，對(duì)于地形匹配導(dǎo)航，主要有氣壓高度表和無(wú)線(xiàn)電高度表 (雷達(dá)高度表)，目前國(guó)內(nèi)只出臺(tái)了6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量不多，隨著地形匹配技術(shù)在水下導(dǎo)航等新領(lǐng)域的應(yīng)用，還會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的新的地形匹配傳感器，可能還要出臺(tái)相關(guān)器件的技術(shù)要求、試驗(yàn)測(cè)試和維修等方面的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于地磁匹配導(dǎo)航，采用的磁測(cè)傳感器是磁力儀，而導(dǎo)航對(duì)磁測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)速度、精度、分辨率、工作環(huán)境溫度、測(cè)量范圍、質(zhì)量、體積及抗干擾性等均有很高的要求，目前的磁力儀還達(dá)不到導(dǎo)航要求。對(duì)于重力匹配導(dǎo)航，需要用重力梯度儀獲得重力場(chǎng)數(shù)據(jù)，我國(guó)導(dǎo)航用重力梯度儀還處在研制階段，目前，地磁匹配和重力匹配的測(cè)量傳感器還沒(méi)有頒布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。就匹配導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用而言，地形、地磁可用于航空領(lǐng)域，主要用作各類(lèi)飛機(jī)的自主精確導(dǎo)航，其中地形匹配是一種低空導(dǎo)航技術(shù)，用于地理特征明顯區(qū)域。地形、地磁和重力匹配導(dǎo)航都可用于水下潛器的自主導(dǎo)航，隨著匹配導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展以及在相關(guān)領(lǐng)域走向?qū)嵱?，也?huì)出臺(tái)一系列與之相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于其他導(dǎo)航技術(shù)，匹配導(dǎo)航是發(fā)展較晚且較新的導(dǎo)航技術(shù)，地形高程匹配是一種新型的導(dǎo)航技術(shù)，它實(shí)質(zhì)是由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與無(wú)線(xiàn)電高度表和數(shù)字地圖構(gòu)成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，我國(guó)已經(jīng)出臺(tái)了用于地形高程匹配的數(shù)字高程模型標(biāo)準(zhǔn)；地磁匹配和重力匹配是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，通過(guò)分析可知，目前雖然地磁和重力匹配都出臺(tái)了一些器件和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)不到匹配導(dǎo)航技術(shù)對(duì)測(cè)量和器件的要求，因而目前在地磁和重力匹配還沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。可以預(yù)見(jiàn)，由于匹配導(dǎo)航技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用的良好前景，隨著這類(lèi)技術(shù)在理論和應(yīng)用的不斷發(fā)展，該領(lǐng)域的各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必逐漸頒布并將不斷完善。

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Analysisof the StandardStatus and Structureof MatchingNavigation System

by XU Rui

Matching Navigation System is an autonomous navigation system,in which the real-time data pre-stored are matched to determinate the location of vehicle by using matching algorithm.According to the analysis on the status and application of MNS,the overseas and domestic standards and specifications of MNS were all described and compared by using classification and induction methods in this paper. The status of these specifications and standards were analyzed in detail.At last,the standard structure of MNS was proposed;meanwhile, some suggestions and opinions were given for MNS standards and specifications.

matching navigation,standard status,standard structure

2011-10-11

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41020144004）。

P228

B

1672-4623(2012)03-0001-05

徐瑞，博士，從事衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研究。