基于Legendre函数的超高阶次地磁场建模方法

Legendre函数是超高阶地磁场模型球谐展开的重要组成部分,是解决高纬度地区数据溢出问题的关键。针对Legendre函数在超高阶地磁场建模中的解算问题,从Legendre函数的递推方法出发,优化了Legendre函数的解算过程,提高了效率和精度,解决了数据溢出问题,并给出了Legendre函数的递推过程、函数值和精度检验值。仿真结果表明,该方法提高了磁场模型数值稳定性及精度,为建立更高阶次的地磁场模型和地磁导航基准图的制备提供理论依据。通过将模型计算的各磁场要素与EMM2010模型相比较,验证了方法的有效性,并生成了全球的地磁图。     

区域地磁测量实验及水下载体对周围磁场的影响分析

水下载体和磁力仪的匹配是水下地磁导航的关键技术之一.为了完成匹配实验,首先要选择地磁场平缓的局部区域,基于这一目的进行了局域地磁场的测量,并通过克里金插值法构建地磁图,给出基于克里金插值的局部二维和三维地磁图.从地磁图上可以找到磁异常区域和地磁平缓区域,并在地磁平缓区域进行有无水下载体的地磁空间测量.由于载体主要由铁磁物质组成,安装在载体上的传感器所测量的磁场除了地磁场以外,还有载体硬磁材料产生的固有磁场以及载体内机电设备产生的磁场.因此,如何从复杂的磁场环境中提取地磁场信息是实时测量的一大难题.基于载体的空间磁测,利用传感器测量值构建载体磁场的数学模型,分析了水下载体对周围磁场的影响,为水下载体与磁力仪的匹配和水下磁测提供了理论和实验依据.     

基于向量搜索的地磁导航匹配算法

对基于向量搜索的地磁导航匹配算法进行系统的研究,主要研究内容包括模型的建立、最优匹配位置的确定、搜索过程实现及优化、仿真实现等。仿真实现是基于航空实测地磁数据进行的,大量的匹配试验表明基于向量搜索的地磁导航匹配算法是可行的。仿真试验表明：该算法对初始位置误差要求低;不必对磁场做任何线性化假设,只要磁场变化特征明显既可;能求得全局最优解。同时该算法也存在运算量大、对方位和搜索步长敏感等缺点。     

巡航飞行器惯性/地磁组合导航方法的误差(英文)

地磁辅助导航是组合导航技术的新方向,而导航误差的研究是分析惯性/地磁组合导航性能的重要内容之一。以等高或近似等高飞行的巡航飞行器为应用对象,建立了惯性/地磁组合导航系统的卡尔曼滤波器;通过仿真结果并结合理论分析重点讨论了校正方式、惯性器件测量精度、地磁场特征与磁测误差、基准图的网格间距、滤波周期、初始位置与初始速度误差等各种因素对位置和速度等导航误差的影响。     

基于克里格重构的区域地磁变化场短时预测模型

区域地磁变化场建模与预测是地磁辅助导航、空间环境监测与预报等领域的重要研究课题。结合时域上的单台站地磁变化场预测,以及空间域上的区域地磁变化场重构,提出了一种基于克里格重构的区域地磁变化场短时预测模型。以区域范围(101°E¹11°E,30°N111°E,30°N⁴0°N)的地磁测站2009年的数据为实例,结果表明:1)基于克里格方法重构的区域地磁变化场Z分量,准确合理的反映了其时空变化特性;2)在短时预测中,区域模型能紧跟地磁变化场的变化趋势,说明其能很好地描述变化磁场的时空演化特性,且位于区域边缘的台站预测误差稍大。当预测期为1 h、6 h、12 h、24 h时,区域地磁变化场预测模型的平均绝对误差分别为1.67 nT、2.19 nT、2.72 nT、3.14 nT。     

船用惯性/地磁导航系统信息融合策略与性能

地磁异常场的强度在空间上变化丰富而在时间上很稳定。对地磁异常值与位置之间的非线性函数关系进行了随机线性化,将地磁异常测量值直接作为观测量,采用扩展卡尔曼滤波技术实现地磁异常测量信息与惯性导航信息的融合,估计并校正了惯性导航系统导航误差。仿真表明,组合导航系统具有如下良好性能:对地磁异常具有广泛的适用性;对初始位置误差、速度误差及姿态误差具有较好的鲁棒性;对地磁数据噪声敏感度较低;可实时更新组合导航信息。将观测量选为参考数据测量值的信息融合策略引入惯性/地磁组合导航。定量描述地磁异常辅助惯性导航系统的信息量,分析组合导航系统对地磁图的适用性。     

地磁匹配导航中的特征区域选取

数字地磁图通常包括位置和场值信息,并以离散点形式存储,如何定量和全面地描述数字地图特征目前还没有统一标准。从数理统计和随机场理论出发,把标准差、粗糙度、熵和相关距离等概念应用到数字地磁图,作为度量地磁图特征的参数,研究了其在数字地图上的计算方法。在不同磁场区域经过多次匹配算法仿真,总结出地图特征区域选取的经验准则。在满足该选取准则的区域内地磁导航,匹配概率大于95％,匹配误差均值控制在0．3个单元网格内。可见,该特征区域选取准则满足一般的工程应用要求,可作为实际地磁导航的参考。     

基于隐马尔可夫模型的地磁匹配算法

为了在地磁特征微弱区域内实现地磁辅助导航以及提高惯性导航系统在地磁特征明显区域内的定位精度,提出了基于隐马尔可夫模型的地磁匹配算法.首先以惯性导航系统定位误差为隐状态,以实时测量的地磁强度为观测量,建立了地磁匹配的隐马尔可夫模型;其次,针对该模型,使用Viterbi算法来确定最优状态序列,给出了惯性导航系统的当前定位误差.仿真结果表明,该算法可以实现地磁辅助导航,导航误差优于EKF算法,组合导航系统的定位误差在50 m左右.     

线性时变模型的求解及其在惯导误差旋转抑制中的应用

讨论了线性时变状态空间模型的求解方法,针对惯性导航旋转误差抑制问题,对建立的齐次时变模型进行转化,得到等价的非齐次定常模型。求解该模型,并推导了单向旋转和往复旋转条件下,由陀螺漂移激励的导航误差的解析表达式;利用线性系统的可加性,分析了转动对于其它误差源抑制的可行性;此外,还指出了转动条件下的误差谐振旋转频率。通过设计仿真模型,对比了静态和转动条件下的导航误差,表明针对该时变系统的求解方法有效,惯性导航动态误差分析导出的结论正确,为高精度航海导航系统的工程实现提供了有益的理论指导。     

基于Unscented Kalman滤波的飞行器天文/地磁自主导航算法研究(英文)

针对地磁场模型精度低而引起的导航精度不高及基于轨道动力学方程的天文导航算法的局限性问题,提出了一种利用天文/地磁信息为观测量的飞行器自主导航方法,并建立了动力学方程,同时推导了观测方程。算法采用星光矢量与地磁矢量的夹角为观测量,采用UKF滤波器估计飞行器的速度和位置,并进行了仿真研究。仿真结果表明,该算法的精度要远高于单纯的地磁导航,滤波的收敛性和稳定性较好,导航误差不随时间累积,有工程应用价值。     

地磁场在导航定位系统中的应用

阐述了地磁匹配导航的基本原理及相关地磁场理论,介绍了国内外应用地磁导航的动向及发展现状,提出了地磁导航系统中三个方面的关键技术:一是导航区域地磁数据库的建立;二是载体上磁力仪的实时测量;三是地磁匹配算法。同时,结合有关地磁建模方法、地磁测量补偿算法及地磁匹配导航定位算法,分析了地磁导航存在的主要问题,指出了发展地磁导航应采取的必要措施,为下一步地磁导航的深入研究明确了方向。     

基于电子海图显示信息系统的惯性/地磁组合导航

为实现惯导系统长时间高精度导航,以性能优良的电子海图显示信息系统为开发背景,对地磁匹配辅助惯性导航系统进行了设计和仿真实验。在原有电子海图显示信息系统的基础上开发了数据采集模块、地磁数据库模块、惯导/地磁匹配模块、惯导误差估计模块等功能软件,并对各功能模块进行了深入分析。仿真试验结果证明,基于电子海图显示信息系统的惯性/地磁组合导航达到了校正惯性导航系统,实现高精度导航的目的。     

水下地磁辅助导航中地磁场延拓方法

水下地磁数据库的构建是实现地磁辅助导航的前提。利用水下航行器进行地磁测量从而建立水下地磁数据库,这种做法是不可行的,一种可行的解决方法是采用位场的延拓技术。采用位场的向下延拓技术,通过将海平面上航空测量得到的地磁数据进行向下延拓,得到水下地磁数据,以此来构建水下地磁数据库。将位场的向下延拓问题视为一类不适定问题,采用正则化方法中的Landweber迭代法来处理这类不适定问题,实现了地磁数据的向下延拓。仿真结果表明,该方法原理简单,抗噪声能力强,能够得到比较满意的延拓结果。     

地磁辅助惯性导航系统的数据融合算法

对地磁辅助导航技术的基本原理进行分析，详细介绍了采样卡尔曼滤波算法并将其用于惯性／地磁导航系统的数据融合，即通过设计少量的sigma点，并计算这些sigma点通过非线性函数的变换，从而获得滤波值基于非线性状态方程的更新。仿真表明，特别是当系统非线性较大时，采样卡尔曼器性能明显优于扩展卡尔曼滤波器。因此，从某种程度上说，采样卡尔曼滤波可以替代扩展卡尔曼滤波在地磁辅助导航系统中使用。     

地磁导航系统中等值线的提取及应用

地磁导航系统采用等值线最近点迭代算法达到最终匹配定位的目的,等值线最近点迭代算法是在等值线的基础上实现的,因此,等值线的提取是实现地磁导航的“必经之路”。文中介绍了常用的两种等值线提取方法,即线性插值方法和等值线延伸寻找最近点法,其中前者的计算量大,实时匹配效果差,而后者能在地磁匹配过程中快速提取匹配需要的等值线。此外,文中还给出了地磁等值线图层在基于电子海图显示信息系统的地磁导航系统中的生成和添加方法。     

水下磁异常定位中两种矢量磁力仪配置方式的比较

在简述水下磁异常定位原理的基础上,提出了八单轴和十单轴两种矢量磁力仪配置方式,推导了两种配置方式下磁场大小及梯度的量测方程,对磁场大小及梯度的解算精度进行了比较分析。数值仿真了磁场大小及梯度、载体相对位置误差与测量基线长△X之间的变化关系,结果表明这些误差都随△X加大而增长。相比于八单轴磁力仪配置,十单轴磁力仪配置方式中磁场大小和梯度计算精确,定位误差很小,在水下磁定位实验中应选用十单轴磁力仪配置方式。     

基于并行卷积神经网络的地磁方向适配性分析

针对地磁方向适配性分析时人工特征提取主观性较强、所取特征难以表达深层的结构性特征的问题,并为了进一步提高方向适配性分析的准确率,提出了一种基于并行卷积神经网络的地磁方向适配性分析方法。首先,从不同角度建立了地磁场在6个代表方向上的适配性分析图;然后,从同一磁场的不同角度出发,利用卷积神经网络自动完成了特征学习,得到了更为全面的方向适配性特征描述;最后,在并行卷积神经网络所得特征的基础上,利用BP网络建立了地磁方向适配性的分析模型。仿真结果证明,该方法可以有效避免人工特征提取和计算等复杂步骤,实现了地磁方向适配性分析的自动化,而且可以获得优于传统网络和单路卷积神经网络的准确率。