地磁匹配定位技术研究

地磁匹配算法的研究现状及改进策略肖晶;齐晓慧;段修生【摘要】地磁导航算法是地磁辅助导航系统的核心.首先,分析了地磁匹配算法的基本原理;然后,以此为基础从特征空间、相关性度量、搜索空间和搜索策略4个方面总结了地磁匹配算法的研究现状和改进方法;各种新方法的引入为匹配策略的改进提供了新的思路;最后,根据工程应用中的实际问题,指出了地磁导航算法的改进策略,为其工程化应用奠定了基础.%Magnetic navigation algorithm is the key to geomagnetic aided navigation systems.At first,the basic principle of the magnetic matching algorithms is analyzed.On the basis of this,the research status and improving methods are summarized from four aspects of characteristic space,relativity measurement,search space and search strategy.The introducing of various new methods supplies some new ideas to modify the matching method.Finally,based on the problems appeared in engineering applications,the improvement strategies of the geomagnetic navigation algorithm are pointed out,which can be taken as a reference for the algorithm's engineering application.【期刊名称】《电光与控制》【年(卷),期】2018(025)001【总页数】6页(P55-59,73)【关键词】地磁辅助导航;地磁匹配;组合导航;算法;综述【作者】肖晶;齐晓慧;段修生【作者单位】陆军工程大学,石家庄050003;陆军工程大学,石家庄050003;陆军工程大学,石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】U666.10 引言惯性导航、卫星导航和地形导航是目前无人机导航的常用手段，其中，惯性导航为主要的导航方式，可以连续、自主地提供载体的全导航信息。

地磁导航关键技术研究引言随着科技的不断发展，导航技术在各个领域的应用越来越广泛。

地磁导航技术作为一种利用地磁场进行定位和导航的技术，在军事、民用等领域都具有重要的意义和应用价值。

本文将介绍地磁导航关键技术的应用和发展，以期为相关领域的研究提供参考。

地磁导航原理地磁导航是利用地球磁场的地磁要素进行位置计算的一种导航方法。

地球磁场由南极和北极向外扩散，形成了一个类似于磁铁的磁场。

地磁导航系统通过感应地球磁场的变化，结合传感器的定位信息，可以计算出自身的位置。

地磁导航关键技术1、传感器技术地磁导航的核心是地磁传感器，它负责感应地球磁场的变化。

目前，地磁传感器技术已经比较成熟，主要有以下几种类型：（1）固态磁芯传感器：这种传感器采用磁性材料作为核心，感应地球磁场的变化，具有体积小、灵敏度高、可靠性好等优点。

（2）电磁感应传感器：这种传感器利用电磁感应原理感应地球磁场的变化，具有测量范围大、精度高等优点。

（3）地磁芯片传感器：这种传感器将地磁测量与惯性测量相结合，具有精度高、体积小、成本低等优点。

2、信号处理技术地磁信号处理技术是地磁导航中的重要环节，主要对传感器输出的信号进行处理和分析，提取出有用的位置信息。

信号处理技术包括滤波、放大、数字化等环节，对于提高导航精度和稳定性具有重要作用。

3、算法技术地磁导航算法是实现位置计算的核心技术，它通过对地球磁场模型的分析和处理，结合传感器的测量数据，计算出位置信息。

常见的算法包括最小二乘法、卡尔曼滤波器等。

地磁导航应用场景1、海洋导航在海洋导航领域，地磁导航技术可用于船舶、潜艇等水下设备的导航。

由于海洋环境复杂多变，传统的卫星导航系统无法提供稳定的导航服务，而地磁导航则可以充分发挥其优势，提高水下设备的导航精度和稳定性。

2、陆地导航在陆地导航领域，地磁导航技术可用于车辆、无人机等移动设备的导航。

例如，在沙漠、丛林等复杂地形环境中，地磁导航可以有效地解决卫星导航信号遮挡和干扰问题，提高移动设备的导航性能。

地磁导航技术研究和展望作者：罗宁来源：《山东工业技术》2015年第08期摘要：地磁导航作为一种导航方式，因其自身的特点优势，越来越受到国内外学者的重视。

本文探讨了地磁导航的基础理论和主要技术，研究和介绍了现在较为主流的基于MAGCOM、基于ICCP的磁场相关匹配算法，对地磁导航技术发展方向做了分析，对地磁导航未来的应用做出了展望。

关键词：地磁模型；地心距；地心距0 引言随着科学技术的不断发展，导航定位技术已渗透到人们日常生活各个领域当中，在军事和民用领域中发挥着及其重要的作用。

目前常用的导航定位技术有航位推算导航、无线电导航、惯性导航、地图匹配、卫星导航或应用多种技术的综合导航技术，这些技术都既有其优势，也有各自的缺点。

其实地球本身就有一个大的坐标系，可以用来定位所在的位置，这就是地磁导航。

地磁导航技术具有低能耗，地域广，不受气象条件影响，辐射低，自主性高等优良特征，随着地磁理论的不断完善以及导航算法的日趋成熟，地磁导航凭借这些优良特征成为导航研究领域的热点之一。

1 地磁导航的基本原理和地磁模型的建立地磁场是地球系统的基本物理场，是地球所固有的资源。

地磁场是矢量场，在地球表面理论上每一点的地磁矢量都和其它点的地磁矢量不同。

地磁场作为一个矢量场，不仅有幅值信息可以使用，而且有方向信息可以作为参考，因此可以提供丰富的导航参照信息。

因此，只要能够测量到载体所处地点的地磁矢量，并和存在计算机内的地磁模型相匹配，就可以得到载体的所处位置，实现全球定位。

这是地磁导航的基本原理。

地磁模型的建立：可将地磁场划分为三个部分：其中，r为空间变量，t为时间变量。

为主磁场（也称为地核场），由高温液态铁镍在地幔之下和地核外层之间环流引起，约占地磁场总量的95%以上；为异常场（也叫地壳场），这是一种不随时间变化，由磁化的地壳岩石产生的磁场，约占地磁场总量的4%以上；为干扰磁场，源于磁层和电离层。

在地球物理学中，描述地球主磁场的标准模型为“国际参考地磁场”（IGRF），在IGRF模型中，主磁场的标量磁位可以用球谐函数表示为其中，是地心球坐标系的地心距，余纬和经度，是地球半径，是伴随勒让德函数，和是由观测资料求得的地磁场球谐系数（或高斯系数），N是模型的截断水平。

本文2008-10-13收到,作者分别系军械工程学院导弹工程系讲师、副教授地磁匹配制导在飞航导弹中的应用研究史连艳宋文渊图1 地磁匹配制导原理摘 要 在叙述地磁匹配制导原理、优越性的基础上,提出地磁匹配制导在飞航导弹应用中必须要解决的问题:特征量选取、传感器选择、信号数字滤波、基准地磁图获取与相关性分析等。

依据相关匹配特征量选择的原则选取地磁场总强度作为匹配特征量,综合对比传感器的优缺点,提出磁阻传感器是地磁导航系统合适的磁测量元件;并对现今的数字滤波技术进行了概述。

关键词 地磁匹配 基准地磁图 磁阻传感器数字滤波 相关性分析地磁场是/悬挂0在空间的天然参考基准,跟地球引力场一样,是一个地球物理场,它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。

基本磁场是地磁场的主要部分,占总磁场的99%,起源于地球内部,比较稳定,变化非常缓慢。

变化磁场包括地磁场的各种短期变化,与电离层的变化和太阳活动等有关,并且很微弱,占总磁场的1%。

由于地磁场是地球的固有资源,为航空、航天、航海提供了天然的坐标系,故可应用于航天器或舰船的导航定位定向及姿态控制等。

利用地球磁场空间分布的地磁导航技术简便高效、性能可靠、抗干扰,一直是世界发达国家竞相开发的导航定位手段,如自动化程度很高的波音飞机都装载有地磁导航定位系统。

1 地磁匹配制导1.1 制导原理地磁匹配制导即将预先选定的飞航导弹弹道中段或末段地区地磁场的某种特征值,制成参考图并置入导弹的计算机存储器中。

当导弹飞越这些地区时,弹载地磁传感器实时测定地磁场的有关特征值,并构成实时图。

实时图与预存的参考图在计算机中进行相关匹配,确定实时图在参考图中的最相似点,即匹配点,从而计算出导弹的精确实时位置,供制导和控制系统修正弹道,达到精确制导的目的。

制导原理见图1。

弹载地磁传感器实时测量弹道各点处的实际地磁矢量(B X 0,B Y 0,B Z 0)。

由于地磁场是弱磁场,易受周围环境干扰的影响,测量得到的(B X 0,B Y 0,B Z 0)中含有大量的干扰信号,需要将该信号送入数字滤波及误差补偿DSP(数字信号处理)。