地磁導航關鍵技術(shù)研究.pdf

1、地磁導航作為一種新興的導航技術(shù)，具有不受地形、位置、氣候等外部環(huán)境限制，可實現(xiàn)全地域、全天候?qū)Ш降膬?yōu)點，能夠有效彌補現(xiàn)有導航方法的不足，因而具有廣闊的應用前景。地磁場的測量與測繪、對干擾磁場的分離與補償、磁圖匹配定位技術(shù)、以地磁場為參照的組合導航技術(shù)是地磁導航這一研究領域中的重要技術(shù)難點與熱點。本文針對上述問題展開了研究，研究工作主要集中在以下幾個方面：
　　對傳統(tǒng)航磁校正算法進行了研究和改進。針對經(jīng)典航磁補償方法中數(shù)學模型系數(shù)計

2、算復雜、未考慮載體運動耦合、參數(shù)求解易陷入奇異等問題，對航磁補償數(shù)學模型進行了重新推導，以姿態(tài)陣和角速度矩陣取代了原始模型中復雜的高階三角函數(shù)來作為模型系數(shù)，獲得了全姿態(tài)航磁校正模型，有效克服了載體運動耦合所帶來的問題；在參數(shù)求解上，采用濾波的方式替代原始的線性方程求解方式，提高了抗干擾能力并更充分的利用了數(shù)據(jù)。
　　針對水下磁場測繪載體難以經(jīng)常上浮修正導航參數(shù)而造成的測繪誤差過大問題，提出了一種邊導航邊測繪的地磁測繪新算法。該算

3、法在對第一次測繪航行獲得的初始圖進行預處理，提取必要信息的基礎上，進行二次測繪；在二次測繪中載體利用初始圖中的信息，結(jié)合慣導輸出與當前磁場測量值進行組合濾波，從而達到在校正自身運動參數(shù)的同時對初始圖進行修正的目的。理論分析和仿真實驗證明了該算法可以通過兩次低精度測繪獲得較高精度的測繪結(jié)果。
　　低頻電磁場干擾信號因難以通過磁場屏蔽以及帶通濾波器等傳統(tǒng)技術(shù)手段消除，是阻礙地磁導航最終實現(xiàn)的重要障礙。本文針對這個問題提出了一種信號分離

4、與匹配算法。該算法對載體姿態(tài)進行了限制，并把復雜干擾源拆分成若干簡單等效干擾源，從而將各種磁場信號的幅值疊加由非線性轉(zhuǎn)換成了線性疊加，進而采用獨立特征量分析法（ICA）對各種場源信號進行分離，最后用相關系數(shù)匹配來解決ICA的幅值與順序不確定問題。
　　針對傳統(tǒng)MAGCOM以及ICCP算法的不足，提出了兩個新的匹配算法。一個是基于等高線相交的地磁場、重力場組合定位方法，該方法有效克服了現(xiàn)有匹配方法依賴航跡累積的問題，在實時性方面有所

5、提高。另一個是基于多級子圖的磁場曲面線性化定位方法，該方法充分利用了在地磁異常微弱區(qū)域磁場空間分布平緩的特點，提出將磁場矢量分解后各自建立位置估測區(qū)域，通過各估測區(qū)域的交集來獲取載體概率上最可能的位置；進而采用多級子方式圖由粗到精進行定位；進一步又給出了該方法的適用條件。
　　對基于濾波的地磁/慣性組合導航方法進行了研究和改進。針對標準方法在地磁場曲面缺乏起伏的平緩區(qū)域容易發(fā)散的問題，提出采用磁場矢量分解對觀測方程進行改進以提高系