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地磁匹配导航算法及其相关技术研究

作　者: 王向磊
导　师: 孙付平
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 地磁匹配导航地磁匹配导航算法克吕格法基于向量的地磁匹配导航算法基于Monte Carlo的地磁匹配导航算法
分类号: P318
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

地磁匹配导航(Geomagnetic Matching Navigation)是利用地磁场的特征进行导航的新方法,具有隐蔽性好、实用范围广、简单可靠和完全自主的特点,能够满足特殊航行体对导航的要求。地磁匹配导航算法作为地磁匹配导航系统的重要组成部分,是影响系统导航精度的一个重要因素。本文主要研究地磁匹配导航算法。首先,研究了地磁场的一些基本理论。通过研究国际参考地磁场模型(IGRF)分析了地磁场的分布规律:高阶的地磁场模型有较高的精度,地磁场强度随纬度变化比较明显,随经度变化则不明显,地磁场强度随高度的增加而递减。在研究全球地磁场模型的基础上研究了区域地磁场模型,并用三次多项式法构建了区域地磁场模型。然后,研究了地磁匹配导航系统,研究了地磁匹配导航的实现过程及其关键因素。深入研究了地磁图重构技术和地磁适配区的选择问题。将克吕格法应用到地磁图的重构中,仿真结果看出克吕格法可以提高地磁图的分辨率,有利于实际中地磁匹配导航的实现;把统计特征选择法和熵选择法应用到地磁适配区的选择问题中,仿真结果表明熵选择法具有更好的综合效果,更有利于在地磁匹配导航中运用。其次,研究了地磁匹配参数的选择,比较了不同地磁参数组合的匹配结果,得出了磁倾角(I)和磁偏角(D)组合的匹配效果最好的结论。研究了基于点的地磁匹配导航算法,这种算法一次定位时间太长,不能满足导航系统对实时性的要求。最后,针对基于点的地磁匹配导航算法的缺点提出了基于向量的地磁匹配导航算法,这种算法满足了导航系统对实时性的要求。基于点的地磁匹配导航算法和基于向量的地磁匹配导航算法都是基于单点的匹配算法,这决定了它们有共同的缺陷:匹配结果的不唯一。针对这一点提出了基于Monte Carlo的地磁匹配导航算法,这种匹配算法是一种基于线的匹配算法,通过各个点之间的约束可以克服前面两种算法匹配结果不唯一的缺陷。

全文目录

目录  4-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究地磁导航的意义  9-10
  1.2 地磁导航的发展现状  10-11
  1.3 论文主要内容及结构安排  11-13
第二章地磁场理论研究  13-31
  2.1 地磁场要素及其分布特征  13-17
    2.1.1 地磁要素  13-14
    2.1.2 地磁测量和地磁图  14
    2.1.3 地磁场随地理分布的基本特征  14-17
    2.1.4 我国境内地磁要素的分布  17
  2.2 地磁场的构成与起源  17-20
    2.2.1 地磁场的构成  17-18
    2.2.2 地磁场的起源  18-20
  2.3 地磁场的解析表示  20-26
    2.3.1 地球磁场的球谐分析  20-22
    2.3.2 全球地磁场模型  22-25
    2.3.3 区域地磁场模型  25-26
  2.4 仿真分析  26-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章地磁匹配导航原理  31-44
  3.1 地磁匹配导航的基本原理  31-37
    3.1.1 地磁匹配导航的分类  31-34
    3.1.2 地磁匹配的基本原理  34-37
  3.2 地磁图重构技术  37-40
    3.2.1 地磁图重构的必要性  37
    3.2.2 克吕格插值  37-39
    3.2.3 仿真分析  39-40
  3.3 地磁适配区的选择方法  40-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章地磁匹配导航算法研究  44-61
  4.1 地磁数据库的构建  44-46
  4.2 地磁匹配量的选择  46-51
  4.3 基于点的地磁匹配导航算法  51-53
    4.3.1 基本原理  51-52
    4.3.2 仿真分析  52-53
  4.4 基于向量的地磁匹配导航算法  53-56
    4.4.1 基本原理  54
    4.4.2 仿真分析  54-56
  4.5 基于Monte Carlo 的地磁匹配导航算法  56-59
    4.5.1 基于线的地磁匹配导航算法的基本原理  56-57
    4.5.2 基于Monte Carlo 的地磁匹配导航算法的基本原理  57-58
    4.5.3 实例分析  58-59
  4.6 三种方法的比较  59-60
  4.7 本章小结  60-61
第五章总结与展望  61-63
  5.1 论文工作总结  61-62
  5.2 论文的后续工作  62-63
参考文献  63-66
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  66-67
致谢  67

地磁匹配导航算法及其相关技术研究

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