地磁匹配导航算法研究

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。

第18卷第4期中国惯性技术学报Vol.18 No.4 2010年8月 Journal of Chinese Inertial Technology Aug. 2010文章编号：1005-6734(2010)04-0462-04基于仿射模型变换的地磁匹配导航算法罗诗途，任治新（国防科学技术大学机电工程与自动化学院，长沙 410073）摘要：为了提高潜航器上地磁匹配的效率和精度，通过对潜航器惯导系统误差模型的分析，提出了一种基于仿射模型变换的粗精两级地磁匹配定位方法。

首先，利用基于等值线约束的相关匹配算法消除导航系统的初始位置误差；其次，采用仿射模型对相关匹配结果的轨迹进行旋转、缩放变换，通过参数扫描实现精匹配的过程。

该算法在保证实时性的同时，匹配精度优于1个网格点。

关 键 词：潜航器；惯性导航；误差模型；仿射模型；地磁匹配中图分类号：U666.1 文献标志码：AGeomagnetic matching algorithms based on affine modelLUO Shi-tu, REN Zhi-xin(College of Mechatronics Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)Abstract: To improve the efficiency and precision of undersea vehicles, a two-level geomagnetic matching (roughand fine) algorithm using affine model transposition is put forward based on the analysis of the INS (inertialnavigation system) error models of underwater vehicle. First, it uses the correlation matching method, which is basedon contour constraint, to eliminate the initial position error of INS. Then, it uses an affine model to circumgyrate andzoom the tracks obtained from correlation matching results. Finally, through scanning correlation parameters, theaccurate matching process is realized. Experiments show that the algorithm not only meets the real time requirement,but also has the matching precision of better than one grid.Key words: underwater vehicle; inertial navigation; error model; affine model; geomagnetic matching地球物理场（Geophysical Fields of the Earth，GFE）辅助的惯性导航系统是一种有着广泛发展前景的组合导航系统，是自主导航技术研究的新方向。

航空平台地磁矢量匹配导航算法研究进展
陈棣湘;陈卓;张琦;潘孟春
【期刊名称】《中国测试》
【年(卷),期】2024(50)5
【摘要】航空地磁矢量导航技术因其具有自主、无源、可靠性强的优势,在卫星导航系统受到攻击等情况下可有效发挥替代作用,在军民用领域均具有极高的战略意义和应用价值。

航空平台具有飞行速度快、短时间跨越地域广的特性,对地磁矢量测量与导航方法提出高精度和高可靠性等要求。

该文梳理近年来航空地磁矢量导航系统的研究与发展现状,介绍地磁矢量导航的关键技术,重点对地磁矢量匹配导航算法的研究进展进行分析。

针对现有算法存在的不足,提出进一步提升算法的精度和鲁棒性、发展基于机器学习的地磁矢量匹配导航方法、推动无人机等新型航空平台地磁矢量导航技术发展等后续研究方向,意在促进航空地磁矢量导航技术的进一步发展。

【总页数】10页(P1-10)
【作者】陈棣湘;陈卓;张琦;潘孟春
【作者单位】国防科技大学智能科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB9;TH744
【相关文献】
1.基于ICCP的地磁矢量匹配算法研究
2.一种提高DTW运算效率的地磁匹配组合导航算法
3.一种适用于地磁梯度匹配导航的ISCCP算法
4.基于向量搜索的地磁导航匹配算法研究
5.基于地磁匹配辅助导航的改进A*算法路径规划
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Classified Index: V448. 2Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON THE GEOMAGNETIC NAVIGATION MATCHING ALGORITHM AND THE GEOMAGNETIC FIELD SIMULATION SYSTEMCandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Specialty:Affiliation:Date of Defence:Degree-Conferring-Institution: Liu YayunProf. Wang ChanghongMaster of EngineeringControl Science and Engineering Dept. of Control Science and Engineering June, 2011Harbin Institute of Technology摘要摘要地磁辅助导航系统是一种自主导航方法，隐蔽性强，不受地形和恶劣天气的影响，具有全天时、全天候和全地域的特点，作为一种新的导航方法，地磁辅助导航在航空、航天和航海等领域将发挥越来越重要的作用。

因此开展地磁辅助导航理论研究，建立用于地磁导航系统评估和验证的地磁场模拟系统，具有重要的理论和实际意义。

地磁匹配算法作为地磁辅助导航系统的核心技术之一，它的优劣将直接影响整个系统的导航精度和匹配效率。

本论文首先针对常见的地磁匹配算法MAGCOM 算法和ICCP 算法进行了研究，并对这两种算法的匹配效果进行了仿真，结果表明MAGCOM 算法简单，运算速度快，但是精度比较低，不能校正航向误差；ICCP 算法可以对航向误差进行校正，并且精度比较高，但是初始误差不能过大，否则容易匹配失败，并且容易陷入局部最优。

其次，针对上述算法的不足，提出了将遗传模拟退火混合算法和ICCP 算法相结合的新的匹配方法。

地磁导航关键技术研究共3篇地磁导航关键技术研究1地磁导航关键技术研究人类在自然界中向往探索与发现的欲望从未远离过我们的内心，而这种欲望也推动着我们对科技的不断追求。

现在，地磁导航技术已成为物联网、无人机、智能制造等新兴领域中的重要工具，然而，其实现受到了很多因素的限制。

因此，为了进一步推动地磁导航技术的应用和发展，关键技术的研究至关重要。

地磁导航技术起源于指南针的应用。

而所谓的地磁导航，是指利用地球磁场的特性来确定对象的位置和方向的一种定位技术。

地球磁场是由地球内部热液体运动而产生的电流产生的，因而其磁场强度和方向随着时间和地点的变化较小。

这种地球磁场的稳定性是我们对于地磁导航的使用提供了必要条件。

地磁导航可以在毫秒级别内完成定位，并且在广泛的天气条件下，可以保持良好的稳定性。

因此地磁导航已广泛应用在定位和导航系统中，特别是在室内和地下环境中，其精度和稳定性无论在城市、野外或气象等变化环境下都有很好的表现。

然而，近年来的研究发现，地磁定位的精度受到了许多因素的影响，其中主要包括地球磁场不稳定、地球表面电磁噪声干扰、磁性材料的影响等。

这些影响因素直接影响到了定位的精度和可靠性。

为了解决这些影响因素对地磁导航的影响，各国在地磁导航领域的研究中，取得了许多关键的技术突破。

以下是一些关键技术的研究：1.地球磁场建模技术根据地球磁场的测量和分析，利用地球物理学原理，建立磁场模型。

根据这个模型，确定设备所处地点的地磁场参数。

这样可以大大提高地磁导航的精确度并减少模型误差。

2.地表电磁噪声抑制技术由于地表电磁噪声的存在，导航设备几乎无法捕获到真实的地磁场信号。

因此，需要采用数字滤波技术来抑制电磁噪声，以确保地磁导航设备对真实的地磁场信号具有高度的灵敏性。

近年来，研究人员提出了一些新的算法来抑制电磁噪音，如小波去噪和混沌去噪，并取得了显著的效果改进。

3.磁性环境干扰处理磁性材料会影响电子罗盘测量的精度，尤其是在机器人和无人机等应用中，通常需要在钢筋水泥结构、桥梁和隧道等磁性材料环境下完成导航。

不同地磁匹配导航算法比较研究
莫荣
【期刊名称】《测绘与空间地理信息》
【年(卷),期】2016(39)10
【摘要】地磁匹配导航的关键技术之一是稳定高效的匹配算法.本文将ICCP算法与蚁群智能算法在地磁匹配导航中的应用效果进行了仿真实验.实验结果表明:ICCP 算法具有较好的全局性,但算法复杂,导致实效性差;蚁群算法搜索效率高,实效性强,具有较强的适用性和鲁棒性.从这个角度来说,蚁群算法更加适合于地磁匹配导航.【总页数】3页(P46-48)
【作者】莫荣
【作者单位】南宁市勘察测绘地理信息院,广西南宁530000
【正文语种】中文
【中图分类】P208
【相关文献】
1.基于仿射参数估计的地磁匹配导航算法 [J], 解伟男;李清华;奚伯齐;屈桢深
2.基于零速/航向自观测/地磁匹配的行人导航算法研究 [J], 黄欣;熊智;许建新;徐丽敏
3.基于遗传算法的地磁匹配导航应用 [J], 孙建军
4.基于动态时间规整的磁偏角修正地磁匹配导航算法 [J], 保金宏; 尚俊娜; 施浒立
5.一种提高DTW运算效率的地磁匹配组合导航算法 [J], 张东丽;尚俊娜;保金宏
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地磁匹配导航算法及延拓研究【关键词】地磁匹配；二维算法；三维拓展；地磁测量0 引言地磁匹配导航技术作为一种无源惯导辅助导航方式，具有全天时、全天候、全地域、低能耗的特点，是一个非常重要的研究方向[1]；其中最核心的研究问题是地磁匹配导航的算法问题，近年来研究较多的是二维算法，已经有很多仿真结果表明其可以用于实际应用[2]。

但是在地磁匹配中，不同类型的飞行器在不同的区域不同的航迹规划条件下其飞行高度是不同的，如何将在特定高度制成的基准图有效地应用于飞行器地磁匹配是一个具有重要价值的研究问题。

这就需要进行算法的三维严拓研究及其数据验证，而此方面的研究则进展缓慢，本文针对二维算法及三维延拓进行研究探讨。

1 地磁匹配导航原理地磁导航系统主要由地磁数据库、地磁传感器和地磁匹配算法等组成。

当飞行器在地表飞行时，地磁场强度的变化主要体现为异常场强度的变化，由于地磁异常场非常稳定，基本不随时间变化，所以一般采用表示地磁异常场特征的地磁异常图作为地磁导航数据库。

磁场强度总量由磁传感器获得，包括地磁场和环境干扰磁场，通过误差补偿、提高传感器精度等手段测得地磁数据后，经过日变校正等处理，得到最终的地磁场的测量值。

使用地磁匹配算法对惯导误差进行纠正，使得导航系统向正确航迹靠拢，沿规划航迹飞行。

1.1 地磁场地球本身就是一个天然的巨大磁体，经纬度所对应的磁场值是唯一的，地磁场是一个矢量场，磁场强度大小和方向都随着空间和时间的变化而变化，因此它可以用地理位置和时间来表示。

地球表面的地磁场b （r ，t）表示如下：1.2 导航基本原理地磁匹配是一种无源自主式导航方法，通过实时采集一维地磁场数据来获得二维定位。

首先将飞行器所经过的特定区域网格化，取每个网格点值构成地磁基准图。

当飞行器进入该区域时，地磁传感器实时采集一维磁场数据，形成一个实测磁场值序列，将地磁基准图与该序列进行匹配计算，寻找正确的位置，将此值用来修正惯性导航的位置信息，以便完成对飞行器航线误差的纠正。

控制与制导本文2007-09-13收到,谢仕民、李邦清、刘峰分别系北京自动化控制设备研究所硕士研究生、研究员、研究员,鲁建系空军驻京丰地区军事代表室总代表地磁匹配导航关键技术浅析谢仕民 李邦清 刘 峰 鲁 建摘 要 对国际上地磁匹配导航的研究情况及其关键技术做了简要介绍,包括地磁匹配导航技术的由来、发展动态、基本原理和特点以及地磁匹配导航研究目前已经具备的条件和尚需解决的关键技术。

最后对这种导航技术做了展望。

关键词 地磁匹配 磁传感器 数据库 匹配算法引 言地磁场是地球的固有资源。

鸟类学家研究的成果表明,信鸽是利用敏感地磁场而找家的。

聪明的信鸽能用最短的时间从几十和几百千米外飞回家。

基于上述启发,能否利用地磁场资源为飞行器导航和定位,以及地磁场在航空、航天、航海工程中是否有更广泛的应用,是一个值得探讨的领域。

目前已有的各种导航方法,在实际应用条件下各有其优缺点。

惯性导航自主性强,但其导航精度主要取决于陀螺的精度,其位置与速度误差会随时间积累而增大,而且单纯地依靠提高惯性仪表精度来提高导航精度是较为困难的。

天文导航、景像匹配导航、卫星导航和地磁导航的优点为测量是离散的、误差不积累,但天文测量受到天体能见度的限制;景像匹配在地面信息内容(图像信息或地形信息)不丰富或根本无地面信息可利用的地区,无法通过景像匹配实现精确制导;卫星导航由于卫星信号易于受到遮挡和电磁干扰,其应用也受到限制。

不同地区的地磁场要素理论上可以和该地区的地理经纬度一一对应,因此地磁匹配导航技术作为一种隐蔽性很强的无源导航技术,成为目前研究的一个热点。

同时,高精度低成本弱磁测量仪器(磁通门传感器、磁阻传感器)的出现,也为采用地磁匹配来实现导航提供了硬件基础。

1 地磁导航研究动态目前,国际上有关地磁导航在工程上的实际应用在公开文献中鲜有报导。

研究比较多的是利用磁传感器进行航向及姿态测量;通过测量地磁,来获取地质构造、地下矿藏等方面的信息,特别是探测石油、天然气等方面的信息;以及利用磁力矩器对卫星姿态进行控制,在潜艇上也有利用地磁定向的应用。