重力场和地磁场综合匹配在导航中的运用

地球磁场变化与极地导航准确性地球磁场是我们生活中不可见但却十分重要的存在。

它围绕地球形成一个巨大的保护罩，阻挡了太阳风带来的宇宙射线和粒子，保护了地球上的生命。

同时，地球磁场也对于导航和定位系统起到了重要的作用。

然而，近年来地球磁场发生了一些变化，对极地导航的准确性造成了一定影响。

首先，让我们来了解一下地球磁场的基本结构和运行机制。

地球内部有一个由液体铁和镍组成的外核，在这个外核内部存在着运动的流体对流环流，形成了类似于电流的运动。

这些流体对流产生了电场，从而形成了地球磁场。

地球的磁北极和磁南极不完全对应地球的地理北极和南极，而是有一定的偏移角度。

然而，近年来科学家们发现地球磁场有所变化，其中最引人注目的就是磁北极的运动速度加快。

磁北极是地球磁场在地球表面上的一个点，它的位置决定了地球磁场的朝向和强度。

传统上，磁北极与地理北极是重合的，但是最近几十年里，磁北极不断向西偏移，且偏移速度不断加快。

这种变化对于极地导航系统来说是一个巨大的挑战。

极地导航是指在极地地区进行定位和导航的技术和系统。

由于磁北极的偏移，传统的基于磁场的导航系统在极地地区的准确性受到了一定程度的影响。

以磁罗盘为例，磁北极的偏移会导致指针的指向与地理北极出现偏差，给导航带来极大的不确定性。

为了解决这一问题，科学家们提出了一种新的导航准确性模型。

这个模型是基于地球磁场的变化研究得出的，通过对磁场变化的实时监测和建模，可以更准确地预测磁北极的位置和磁场的朝向。

在这个基础上，可以进行更精确的导航和定位。

除了磁北极的偏移，地球磁场的其他变化也会对极地导航的准确性产生影响。

地球磁场的强度和形状也会随着时间而改变，这将导致导航系统需要不断进行校准和调整。

此外，地球磁场的变化还会对导航系统中使用的磁传感器造成影响，使其读取的数据出现偏差。

因此，科学家们需要对地球磁场的变化进行深入研究，以提高极地导航系统的准确性。

总的来说，地球磁场的变化对于极地导航的准确性有一定的影响。

重力与磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用近年来，随着科学技术的快速发展，勘探技术在矿产资源评估中扮演着越来越重要的角色。

在这些勘探技术中，重力和磁力勘探技术因其在矿产资源评估中的广泛应用而备受关注。

本文将详细介绍重力与磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用。

一、重力勘探技术在矿产资源评估中的应用重力勘探技术是利用地球重力场探测地下物质分布的一种方法。

其原理是根据物体的质量差异对重力场产生微弱影响的特性。

在矿产资源评估中，重力勘探技术常用于矿床的测量和勘探。

通过测量地表和地下不同位置的重力值，可以获得地下物体的质量分布情况，从而推断出矿床的位置和规模。

重力勘探技术在矿产资源评估中的应用主要有以下几个方面：1. 矿床探测：重力勘探技术可以帮助确定矿床的位置和规模。

通过测量不同位置的重力值，可以获取地下物质的质量分布情况，从而判断矿床的存在与否以及其规模大小。

2. 寻找矿体边界：矿体的边界是勘探工作中的重要信息。

重力勘探技术可以提供关于不同地下物质界面之间的重力异常数据，通过分析这些数据可以确定矿体的边界位置。

这对于矿产资源的评估和开采具有重要意义。

3. 研究地质结构：矿产资源的形成与地质结构息息相关。

重力勘探技术可以探测地下岩层的密度变化，从而了解地质结构的分布情况，为矿产资源评估提供有力的依据。

二、磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用磁力勘探技术是利用地球磁场探测地下物质分布的一种方法。

地球磁场在地球表面产生微弱的磁场变化，通过测量这些变化可以获得地下物质的分布情况。

在矿产资源评估中，磁力勘探技术常用于寻找磁性物质和矿床的勘探。

磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用主要有以下几个方面：1. 磁性物质寻找：磁力勘探技术可以探测地下磁性物质的分布情况。

通过测量地表和地下不同位置的磁场强度，可以获取磁性物质的分布特征，从而寻找磁性矿床或矿体。

2. 矿床勘探：磁性矿床是矿产资源中的重要类型之一。

磁力勘探技术可以帮助确定磁性矿床的位置和规模。

自主水下航行器导航与定位技术发布时间：2023-02-03T02:36:04.888Z 来源：《科学与技术》2022年第18期作者：杜晓海[导读] 自主水下机器人（AUV）作为开发和利用海洋资源的主要载体，杜晓海海军装备部 710065摘要：自主水下机器人（AUV）作为开发和利用海洋资源的主要载体，在执行任务时需要准确的定位信息。

现有AUV主要采用基于捷联惯性导航系统（SINS），辅以声学导航和地球物理场匹配导航技术。

本文简要介绍了水下导航模式的基本原理、优缺点和适用场景；讨论了各种导航模式中的关键技术，以提高组合导航的精度和稳定性。

通过分析现阶段存在的问题，展望了水下航行的未来发展趋势。

关键词：自主水下航行器；智能导航；智能定位本文综述了目前主流的AUV水下导航关键技术，包括DVL测速技术、LBL/SBL/USBL水声定位导航技术、地形辅助导航技术、地磁辅助导航技术和重力辅助导航技术以及协同导航技术，介绍了相关导航技术的基本原理和发展，分析和总结了水下自主导航中各技术的关键问题和技术难点，最后展望了AUV水下导航技术的未来发展。

1 SINS/DVL定位技术DVL是一种利用声波多普勒效应测量载流子速度的导航仪器。

根据AUV与水底之间的相对距离，DVL有两种模式：水底跟踪和水底跟踪。

当载流子与水底的相对距离在该范围内时，声波可以到达水底，当AUV与水底之间的相对距离超过范围时，声波无法到达水底，DVL采用水跟踪模式。

根据传输波速的多少，可以分为单波束、双波束和四波束。

1.1 SINS/DVL对准技术惯性导航可以为AUV提供实时的姿态、速度、位置等导航信息。

然而，初始对准必须在使用前进行，初始对准的结果在很大程度上决定了最终的集成精度。

通常，AUV在停泊或航行于水面时接收GPS信号进行初始对准。

在特定的任务背景下，AUV需要在水下运动期间完成初始对准，因此，许多学者提出了基于DVL辅助的移动基站对准。

地磁导航技术综述及其与卫星导航等的关系(2011-03-01 14:00:45)转载▼标签：卫星导航gps地磁地磁导航it1、什么是地磁场？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。

自从1989年美国Cornell 大学的Psiaki等人率先提出利用地磁场确定卫星轨道的概念以来,这一方向成为国际导航领域的一大研究热点。

地磁导航具有无源、无辐射、全天时、全天候、全地域、能耗低的优良特征,其原理是通过地磁传感器测得的实时地磁数据与存储在计算机中的地磁基准图进行匹配来定位。

由于地磁场为矢量场,在地球近地空间内任意一点的地磁矢量都不同于其他地点的矢量,且与该地点的经纬度存在一一对应的关系。

因此,理论上只要确定该点的地磁场矢量即可实现全球定位。

于地球内部的磁场称为内源场，约占地球总磁场的95%。

内源场主要来自地球的液态外核。

外核是熔融的金属铁和镍，它们是电流的良导体，当地球旋转时，产生强大的电流，这些电流产生了地球磁场。

地磁场总体像个沿地球旋转轴放置在地心的磁铁棒产生的磁场，它内源场的主要部分，也是地磁场的主要特征，占到总地磁场的80%~85%，称为偶极子场。

内源场还有五个大尺度的非偶极子场，称为磁异常，分别为南大西洋磁异常，欧亚大陆磁异常，北非磁异常，大洋洲磁异常和北美磁异常，主要来源于地壳岩石产生的磁场。

起源于地球外的磁场称为外源场，主要由太阳产生，它占了地球磁场的5%。

地磁场是个随时间变化的场，内源场引起的变化称为长期变化，有磁场倒转和地磁场向西飘移。

地磁场每5000~50000年倒转一次，把与现在磁场方向相同的磁场称为正常磁场（磁场从南极附近出来，回到北极），把与现在磁场方向相反的称为倒转磁场，地质时期上出现了四个较大的倒转期，现在为布容正向期，往前有松山反向期，高斯正向期和吉尔伯特反向期。

固体地球外部的各种电流体系引起的地磁场变化快，时间短，称为短期变化。

短期变化又分为平静变化和扰动变化，其中平静变化包括太阳静日变化和太阴日变化，扰动变化包括磁暴、亚暴、钩扰、湾扰和地磁脉动。

基于粒子滤波的重力梯度与地形信息融合辅助导航方法熊凌;马杰;田金文【摘要】基于粒子滤波(PF)的重力梯度与地形信息融合辅助导航方法充分利用了重力梯度特征与地形特征融合的优点,可提高舰艇导航系统信息的利用程度.仿真比较了基于重力梯度的扩展卡尔曼滤波、基于重力梯度的粒子滤波和重力梯度与地形多特征融合粒子滤波算法得到的位置均方根误差,分析了基于EKF的重力梯度匹配辅助导航系统的稳定性和状态能观性.仿真结果表明,提出的融合算法既能加快粒子滤波的收敛速度,又能提高粒子滤波算法的估计精度.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2010(027)002【总页数】4页(P85-87,110)【关键词】信息融合;重力梯度;海底地形;卡尔曼滤波;粒子滤波【作者】熊凌;马杰;田金文【作者单位】华中科技大学图像识别与人工智能研究所,湖北,武汉,430074;武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北,武汉,430081;华中科技大学图像识别与人工智能研究所,湖北,武汉,430074;华中科技大学图像识别与人工智能研究所,湖北,武汉,430074【正文语种】中文0 引言高精度和长时间水下隐蔽航行是对战略潜艇导航系统的独特要求，导航系统的自主性、无源性将是战略潜艇导航发展的主要目标［1，2］。

重力图形匹配技术是舰艇导航发展的新方向。

二十世纪90年代，美国BELL实验室、洛克希德·马丁公司等机构对重力图形匹配技术开展了专项研究，并取得了预期成果。

BELL实验室研发了重力梯度仪导航系统(GGNS)和重力辅助惯性导航(GAINS)。

GGNS系统通过将GGI测出的重力梯度与重力梯度图进行匹配后得到定位信息，对惯性导航系统进行校正［3-5］，洛克希德·马丁公司研制的通用重力模块［6］(UGM)利用重力仪和重力梯度仪的测量数据可实现重力无源导航和地形估计。

由于重力图及重力梯度图一般缺乏明显的图形特征，所以传统的基于特征的图像匹配算法难以采用。

地磁制导的原理及应用1. 地磁制导简介地磁制导是一项利用地球磁场进行定位和导航的技术。

地球具有自己的磁场，地磁制导利用地球磁场的性质来确定或改变运动物体的方向。

它广泛应用于航空航天、地下工程、海洋勘探等领域。

本文将介绍地磁制导的原理以及其在不同领域中的应用。

2. 地磁制导原理地球的磁场可由地磁场的三个基本特征来描述：磁场强度、磁场方向和磁场倾角。

利用地球磁场进行制导的基本原理是通过测量目标物体周围的地磁场，从而确定目标物体的位置和方向。

地磁制导的原理基于以下两个主要假设：2.1 地磁场的空间分布相对稳定地球的磁场在时间和空间上相对稳定。

这意味着地磁场的性质不会随着时间的推移而发生显著变化，也不会随着位置的改变而有较大差异。

因此，可以根据已知的地磁场参数进行地磁制导。

2.2 目标物体与地磁场之间的相互作用地磁制导依赖于目标物体与地磁场之间的相互作用。

当目标物体处于地磁场中时，地磁场会对其产生影响。

通过测量目标物体周围的地磁场变化，可以确定目标物体的位置和方向。

3. 地磁制导应用地磁制导在许多领域中都有广泛的应用。

以下是地磁制导的一些主要应用领域：3.1 航空航天地磁制导在航空航天领域中被广泛应用。

利用地球磁场的性质可以确定航空器的方向和位置。

航空器上安装有地磁传感器，通过测量周围地磁场的变化，可以确定航空器相对于地球磁场的方向和位置。

这对于飞行导航和自动驾驶系统非常重要。

3.2 地下工程地磁制导在地下工程领域中发挥重要作用。

通过监测地磁场的变化，可以确定隧道、管道等地下结构物的位置和方向。

这对于施工过程中的导向和定位非常有帮助。

地下工程中采用地磁制导技术可以提高施工效率和准确性。

3.3 海洋勘探地磁制导在海洋勘探中也有广泛应用。

海洋中存在许多地下资源，如油气田、矿藏等。

利用地磁制导技术，可以确定海洋底部地形和地质特征，帮助勘探人员找到潜在的矿藏和能源资源。

地磁制导在海洋资源勘探领域中具有重要的经济和环境意义。

#通信#导航#海洋重力场在潜艇导航中的应用陈勇1吴太旗2胡德生1(1海军工程大学武汉430033;2海军海洋测绘研究所天津300061)摘要:重力场辅助水下导航是一种绝对无源的导航方式,是21世纪潜艇导航的发展方向。

从改善潜艇惯性导航系统性能出发,通过对海洋重力场用于潜艇水下辅助导航的两种方式进行论述,给出了详细的应用过程和方法,并提出了相应的改进措施,为进一步将海洋重力场用于潜艇指明了方向。

关键词:海洋重力场惯性系统精度改善图形匹配潜艇导航海洋是人类资源的宝库,随着人类对海洋认知的提高,人类对于海洋的开发利用日益增多,海洋在各个国家的发展中具有非常重要的地位。

海军作为维护国家主权和海洋权益的主要兵种担负的责任越来越重,而潜艇作为海军中的重要力量具有杀手锏的作用。

潜艇水下导航主要利用惯性导航系统(I N S),但是I N S定位误差随时间积累,影响了潜艇水下的有效攻击时间,而利用GPS等无线电辅助导航和天文导航又降低了潜艇的隐蔽性,不利于潜艇的生存。

重力场辅助的水下无源导航系统率先被美国提出,并于1983年成功地在海上进行了实验测试,后来部署在美国海军的三叉戟潜艇上,重力场辅助水下导航系统逐步成为21世纪潜艇的发展方向,成为了各个国家研究的热点[1,2]。

1海洋重力用于潜艇导航的主要方式海洋重力用于潜艇导航,主要在以下两个方面对原惯性系统进行改进;一是利用精确的实测重力信息改善以往惯性系统中简单利用正常重力信息进行位置、速度计算带来的误差,从惯性系统本身角度提高系统的定位导航精度;二是利用重力场图形匹配技术进行组合导航,通过利用外部重力场信息对惯性系统进行组合导航,限制误差随时间积累的特性,提高系统的定位精度,延长系统的重调周期。

2重力场信息对惯性系统自身精度的改善惯性导航系统的基本原理是通过测量载体的加收稿日期:2008-07-29作者简介:陈勇(1979-),男,湖北天门人,博士,讲师;主要从事军事海洋环境与航海方面的理论与应用研究工作。

重力仪导航原理
重力仪是一种利用重力测量方向和位置的仪器。

它的导航原理是基于牛顿万有引力定律和重力加速度的测量。

重力仪通过测量物体所受的重力加速度来确定物体的方向和位置。

重力仪的工作原理是利用一个质量均匀的球体悬挂在一个细长的支架上，球体的重力会使支架产生一个扭转力矩，这个扭转力矩与球体的重力成正比。

当球体受到外力作用时，它会产生微小的扭转，这个扭转会被测量并转化为方向和位置的信息。

重力仪的精度取决于球体的质量和支架的刚度，因此制造重力仪需要精密的加工和校准。

重力仪的应用范围非常广泛，包括航空、航海、地质勘探、地震监测等领域。

在航空领域，重力仪可以用于飞机的导航和姿态控制。

通过测量飞机所受的重力加速度，重力仪可以确定飞机的方向和位置，并帮助飞行员进行导航和飞行控制。

在航海领域，重力仪可以用于船舶的导航和姿态控制。

通过测量船舶所受的重力加速度，重力仪可以确定船舶的方向和位置，并帮助船长进行导航和航行控制。

在地质勘探和地震监测领域，重力仪可以用于测量地球重力场的变化。

通过测量地球重力场的变化，可以了解地球内部的结构和物质分布，
从而帮助地质学家和地震学家研究地球的演化和地震的发生机制。

总之，重力仪是一种非常重要的测量仪器，它的导航原理基于重力加
速度的测量，可以用于航空、航海、地质勘探、地震监测等领域。

随
着科技的不断发展，重力仪的精度和应用范围也在不断扩大，为人类
的探索和发展提供了重要的支持和保障。

自主式水下航行器AUV导航技术探讨发布时间：2021-03-25T04:53:30.059Z 来源：《现代电信科技》2020年第16期作者：张宝贵[导读] 针对组合导航技术在AUV发展与应用中的重要地位，文中详细介绍了各种AUV导航技术发展概况，并着重对各种组合导航技术的发展情况进行了分析研究。

（中国船舶集团有限公司第七一〇研究所湖北宜昌 443003）摘要：针对组合导航技术在AUV发展与应用中的重要地位，文中详细介绍了各种AUV导航技术发展概况，并着重对各种组合导航技术的发展情况进行了分析研究。

可以看出，未来AUV的导航技术仍将是以INS为主的组合导航。

INS/地磁匹配组合导航、INS/重力匹配组合导航等地球物理组合导航将在军事领域发挥更加强大的作用；INS/LBL组合导航技术则将更加广泛地应用于民用领域。

关键词：自主式；水下航行器；AUV导航技术引言21世纪以来，随着人类在利用海洋和开发海洋上的投入不断增大，自主式水下航行器（AUV）引起了越来越多的关注，无论在战场监视、隐蔽打击等军用领域还是在海水检测、海洋地质勘探等民用领域都得到快速发展。

导航是指移动机器人借助传感器获知本体状态，完成从初始位置到达目标位置的自主运动过程。

导航技术作为AUV的核心技术，也是最难以解决的关键技术之一。

组合导航方法，是由2种及以上导航技术结合形成的综合导航系统。

组合导航结合不同导航技术的优点，能够增强导航系统的稳定性、精确性和持久性，是当前使用最广泛的导航方法，也是未来AUV导航技术的发展方向。

目前，针对AUV的导航技术大体可分为传统导航和非传统导航技术2类。

传统导航技术主要包括航位推算导航、惯性导航和声学导航等。

与非传统导航相比技术更为成熟，使用范围更加广泛。

非传统导航技术主要包括地球物理导航、视觉导航等，是发达国家大力研发的新兴导航技术，通常用来辅助惯性导航。

1 航位推算导航航位推算导航最早于16世纪提出，但当时很少用于水下。