地磁導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

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

2、算復(fù)雜、未考慮載體運(yùn)動(dòng)耦合、參數(shù)求解易陷入奇異等問題，對(duì)航磁補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了重新推導(dǎo)，以姿態(tài)陣和角速度矩陣取代了原始模型中復(fù)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(yùn)動(dòng)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(duì)水下磁場測繪載體難以經(jīng)常上浮修正導(dǎo)航參數(shù)而造成的測繪誤差過大問題，提出了一種邊導(dǎo)航邊測繪的地磁測繪新算法。該算

3、法在對(duì)第一次測繪航行獲得的初始圖進(jìn)行預(yù)處理，提取必要信息的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(dǎo)輸出與當(dāng)前磁場測量值進(jìn)行組合濾波，從而達(dá)到在校正自身運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同時(shí)對(duì)初始圖進(jìn)行修正的目的。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)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(hào)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(dǎo)航最終實(shí)現(xiàn)的重要障礙。本文針對(duì)這個(gè)問題提出了一種信號(hào)分離

4、與匹配算法。該算法對(duì)載體姿態(tài)進(jìn)行了限制，并把復(fù)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(hào)的幅值疊加由非線性轉(zhuǎn)換成了線性疊加，進(jìn)而采用獨(dú)立特征量分析法（ICA）對(duì)各種場源信號(hào)進(jìn)行分離，最后用相關(guān)系數(shù)匹配來解決ICA的幅值與順序不確定問題。
　　針對(duì)傳統(tǒng)MAGCOM以及ICCP算法的不足，提出了兩個(gè)新的匹配算法。一個(gè)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(shí)時(shí)性方面有所

5、提高。另一個(gè)是基于多級(jí)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(diǎn)，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(jìn)而采用多級(jí)子方式圖由粗到精進(jìn)行定位；進(jìn)一步又給出了該方法的適用條件。
　　對(duì)基于濾波的地磁/慣性組合導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究和改進(jìn)。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)觀測方程進(jìn)行改進(jìn)以提高系