地磁定位方法综述

地磁导航具有可用区域广泛、无累积误差、无源和隐蔽性强等优势,是未来定位导航与授时(PNT)体系中潜在的重要导航定位手段之一。地磁导航技术包括磁场信息的测量、地磁基准图的建立和地磁定位方法的设计3个重要内容。本文主要围绕地磁定位方法,调研总结了当前主流的地磁滤波、地磁匹配和磁场同时定位与构图(SLAM)三类方法的原理及技术发展路线,重点分析了不同方法的优缺点、适用场景、时效性、对磁图和传感器的需求,并对地磁定位方法的发展方向进行了展望。     

地磁定位方法综述

地磁导航具有可用区域广泛、无累积误差、无源和隐蔽性强等优势,是未来定位导航与授时（PNT）体系中潜在的重要导航定位手段之一。地磁导航技术包括磁场信息的测量、地磁基准图的建立和地磁定位方法的设计3个重要内容。本文主要围绕地磁定位方法,调研总结了当前主流的地磁滤波、地磁匹配和磁场同时定位与构图(SLAM)三类方法的原理及技术发展路线,重点分析了不同方法的优缺点、适用场景、时效性、对磁图和传感器的需求,并对地磁定位方法的发展方向进行了展望。     

一种无人机罗差修正方法

栽体磁场的干扰是导致地磁导航精度较低的主要因素,在对无人机载体磁场干扰地磁场产生的地磁测量误差简要分析的基础上,将小姿态时地磁匹配导航采用的12系数误差补偿模型引入一种无人机地磁定向导航的罗差修正.在静态条件下,利用无磁转台分别获取无人机在±30°姿态角范围内有无干扰源的磁测数据.实验数据分析表明,通过补偿,栽体航向角在±5°范围内其误差均方差由2.174°下降到0.350°,其余角度下航向角误差均方差则由2.282°下降到0.732°,满足无人机在大角度姿态飞行时航向稳定度优于±3°的要求.     

飞行器组网多维地磁匹配的相关度算法

地磁匹配导航技术是跨海飞行器的自主导航方式之一。海洋磁场强度平滑、区域变化较大的特点,使得飞行器一维地磁匹配方法难以应用于飞行器自主导航。在跨海飞行器组网条件下,讨论了多维地磁匹配相关度算法,并仿真计算了多维地磁匹配相关度的匹配时间、匹配概率,计算表明多维地磁匹配相关度算法优于单航迹匹配相关度;在相同概率下区域内370 m×370 m网格匹配时间短、匹配概率高。飞行器组网多维地磁匹配的相关度算法研究为海洋区域地磁匹配导航应用提供参考。     

基于主成分分析法的地磁导航适配区域选择

地磁场信息量越大的区域,导航性能越好。借用数理统计和信息论中的概念,设定了多个评价地磁场信息特点的指标,并通过主成分分析法,排除了相关指标,得到综合指标值,客观、定量地分析了适配区的导航性能,从而选择最佳导航适配区。仿真表明,本文方法是一种选择地磁导航工作区的有效方法,选择的适配区导航误差小。     

基于网络中心的航空地磁观测的几个技术问题

地磁场是深入研究最多的地球物理场之一,携带着诸多地球物理学信息,目前地磁观测在防震减灾、资源勘探、地磁导航、水下目标探测等领域有着广泛应用。与卫星磁测相比,飞机、浮空器等航空平台具有航路可规划、观测高度低、受外太空磁干扰小等优点。但是,发展网络环境下的空基地磁观测,遇到了新的技术问题,本文从航电综合的角度,给出了解决这些技术难点的可行途径。     

地磁辅助的无缝INS/GPS组合导航研究

INS/GPS组合导航已经成为当前无人机导航系统的主要实现形式,由于GPS信号容易受到干扰,在恶劣的电磁环境下信号易丢失,从而导致GPS卫星信号失锁而无法使用。地磁导航作为一种无源导航方法,其难以受到外界干扰且具有较强的自主性,从而为克服GPS在干扰情况下无法对INS误差实现持续无缝修正的不足提供了很好的途径。针对INS/GPS组合导航中GPS卫星信号失锁的情况,设计提出了使用地磁匹配导航进行辅助实现无人机无缝导航的实现方案,设计了基于地磁特征的地磁匹配算法和地磁匹配辅助的INS/GPS组合无缝自主导航算法,并通过仿真验证了采用地磁匹配辅助导航方法,可以在GPS无效的情况下,实现对INS导航误差的持续无缝修正,从而提高导航系统性能。     

面向相关匹配算法应用的地磁图适配性分析

在研究惯性/地磁组合导航技术的基础上,提出了一种面向相关匹配算法应用的地磁图适配性分析方法。给出了地磁图适配性的定义,并通过分析地磁图的相关曲面特征,建立了地磁图适配性与相关曲面的相关峰尖锐性系数、独立性系数和抗噪声能力系数的定量关系,给出了一种综合评价准则。实验证明,利用这种评价准则判断地磁图适配性得出的结论,与通过相关匹配实验,计算地磁图的配准概率来判断地磁图适配性得出的结论一致,表明这是一种十分有效的判断地磁图适配性的方法。     

基于分形维数的地磁图适配性研究

针对地磁匹配导航对匹配区适配性研究的需求,提出一种基于分形维数分析地磁匹配区适配性的方法,从原理上分析了分形维数与适配性之间的关系,在几块选定区域的地磁图上分别对分形维数进行了计算和分析,最后在上述选定区域进行了匹配仿真试验.结果表明:匹配仿真试验中所反映的地磁图适配特性与提出的方法分析所得结果具有良好的一致性,分形维数在指示地磁图适配性上具有优良的性能.     

基于自由基对理论的仿生磁航向传感技术

针对国内外的最新研究进展,本文分别从生物地磁导航的磁感应机制发展、不同磁敏材料的合成制备、磁敏材料的磁场效应检测及其灵敏度的提升等3个方面进行了详细的分析论述,着重对不同种磁敏材料的磁敏性能以及各自在响应磁场大小及方向上的优劣作了对比与分析。最后,在此研究的基础上总结了目前生物地磁导航研究所面临的困难及其发展前景。未来对满足磁感应机制的磁敏分子的更深一步研究将进一步推动仿生磁传感技术的发展,并最终走向实际应用。     

低轨微纳卫星全磁自主导航算法研究

针对低轨微纳卫星体积小、功耗低的设计约束,提出了基于低轨地磁的定轨/定姿全磁自主导航算法.该算法仅利用三轴磁强计测量值和卫星动力学方程建立Kalman滤波器,实现了低轨微纳卫星的全自主轨道确定和姿态测量,理论仿真结果表明,该全磁导航算法精度能够满足低轨微纳卫星的一般要求.利用高精度地磁模拟器搭建了微纳卫星全磁自主导航地面仿真验证系统,对算法进行了全物理仿真测试和实验误差分析,进一步验证了全磁自主导航算法的可行性,为低轨微纳卫星提供了一种低成本、高自主、高可靠性的导航方法.     

基于多参量信息的水下地磁滤波导航算法

由于水下运载器使用地磁滤波导航方法时难收敛、易发散,根据水下运载 器的特点设计了一种基于多参量信息的水下地磁滤波导航算法。针对单纯使用地磁数据 进行位置匹配精度较差的问题,该算法在匹配及滤波过程中引入了地磁强度、航向、航 速等多参量信息,采用非线性滤波框架进行信息融合,采用粒子群算法根据多参量信息 进行位置搜索,并以之为系统滤波的观测值,通过提高位置观测精度改进滤波的收敛性 和鲁棒性。仿真结果表明,算法滤波精度高,稳定性好,能够较好地抑制各类传感器干 扰和误差对滤波估计的影响,适用于水下运载器的地磁导航定位。     

仿生导航技术综述

仿生导航技术是一种模仿动物导航机理的新型导航技术,涉及认知科学、机器学习、计算机视觉和信息融合等多个学科。仿生导航因具有自主性好、自适应性强等特点,近年来成为了导航领域的研究热点之一。首先阐述了仿生导航的内涵,然后从仿生导航传感器技术和仿生导航方法两个方面简要介绍了国内外研究现状和发展趋势。其中,仿生导航传感器技术包括了仿生光罗盘、仿生磁罗盘、仿生复眼等内容;仿生导航方法主要涉及导航经验知识的表达与机器学习、仿生多源异质导航信息融合、面向任务的仿生路径规划与导航等。最后,对仿生导航技术进行了总结,并对未来发展进行了展望。     

Dynamical Simulations of Plasmapause Deformations

Dynamical simulations have been developed at IASB-BIRA to model the deformations of the plasmasphere during geomagnetic substorms and other variations in the level of geomagnetic activity. The simulations are based on the mechanism of plasma instability and use the empirical Kp-dependent electric field E5D. The results of the simulations are compared with IMAGE observations that provide the first global comprehensive images of the Earth’s plasmasphere. The predicted plasmapause positions correspond generally rather satisfactorily with the EUV observations. The plasmasphere is rather extended in all MLT sectors during quiet periods. During or just after geomagnetic substorms, the plasmaspause is sharper and becomes closer to the Earth in the night sector. Periods of enhanced geomagnetic activity are associated to the formation of plumes that rotate with the plasmasphere. The simulations reproduce the formation and the motion of these plumes, as well as the development of other structures like shoulders observed at the plasmapause by EUV on IMAGE.     

由太阳和地磁参数构成的信鸽导航原理仿真

根据信鸽导航理论和相关试验结果的分析,确定太阳高和地磁场参数的组合可以形成信鸽导航的环境基础.通过分析信鸽对太阳高度角、地磁倾角参数的可能利用过程,结合信鸽飞行路径的特点,确认了信鸽方向判断原理和逐渐趋紧的过程,并在此基础上,通过计算机程序对信鸽导航过程和分型线路进行了模拟,结果较为符合信鸽的飞行特点,并对信鸽导航的初步原理进行了分析和解释.