地磁导航简介.pdfVIP

中国地球物理2011 ·705· 19 地质调查和矿产勘查地球物理 地磁导航简介 of BriefIntroduction GeomagneticNavigation 朱晓颖+舒晴 Zhu Shu XiaoyingQing 中国国土资源航空物探遥感中心北京100083 利用地磁场进行导航自古有之，我国明朝时期郑和就借助指南针完成了七下西洋的壮举。但是，随着 现代导航系统的出现，特别是GPS的出现，仅具备方位判断能力的指南针在导航中的作用逐渐弱化，而现 代地磁导航的概念也发生了重大变化。 1．地磁导航基本概念 所谓导航，顾名思义是将载体从起始点引领至目标点的技术或方法。通常情况下，我们出发点和目标 点的位置均为已知，因此，导航的要素主要包括地图和测量位置的传感器，通过实时测量载体位置然后与 地图进行对比修正运行路线，以实现顺利抵达目标。常规意义上的导航系统能够实时提供载体当前位置坐 标，而地磁导航是以预先测量完成的带地理坐标的地磁场图件为基础，通过载体上磁测装置实时测量当前 位置磁场值，通过测量结果与地磁图件进行匹配从而得到载体当前位置的一种导航方法，他是一种辅助导 航手段，通常又称为地磁匹配导航。 2．地磁导航背景及优势 目前，常规导航定位主要依赖GPS，GPS导航需要接收卫星信号，属于有源导航，该导航技术要求无 遮挡，对于水下潜航器而言，浮出水面接收GPS信号容易暴露目标，不利于隐蔽。此外，这种依赖于外部 信息的导航技术易于受到控制和电磁干扰，其可靠性难以保障，因此，针对军事应用的导航定位均要求采 用无源自主导航。最为通用的自主导航系统为惯性导航系统，它由陀螺、加速度计和稳定平台组成，利用 陀螺敏感载体角运动、加速度计敏感载体线性运动，通过积分方式推算载体坐标，不依赖于任何外界信息， 该方法的弱点是由于陀螺和加速度计漂移产生的误差会随着时间积累，对于长航时自主导航不利。地磁匹 配导航的出现就是为了弥补惯性导航系统的不足，通过测量地磁场并与已知的地磁图就行匹配，获取载体 当前位置，对惯性导航系统位置参数进行修正。地磁导航属于自主导航，不易受敌对方干扰，隐蔽性好， 具有无源、无辐射、全天时、全天候、全地域、能耗低的优良特征。 3．地磁导航面临的问题 虽然地磁导航在军事应用方面相对于有源导航方式有无法比拟的优势，但是地磁导航面临以下问题： ①地磁导航需要地磁图，建立地磁导航参照系需要耗费大量的人力、物力和财力，且在短期内难以实现； ②地磁场测量系统易于受载体磁场影响，特别对水下测量而言不利于开展；③与GPS的参考椭球坐标系相 比，地磁导航测量值不具备唯一对应性，需要进行相关匹配；④地磁图的成图和处理有待进一步商榷，通 常用于矿产勘查的地磁图是通过正常场改正的异常图，正常改正需要载体位置坐标，这对于坐标未知的载 体而言难以实现，如果采用未经过正常场改正的地磁图，受地球偶极予场影响，异常局部特征不明显，很 难进行特征匹配；⑤地磁场幅度随高度衰减，当载体达到一定高度时，地磁场异常衰减殆尽，无法进行匹 配定位；⑥虽然地磁场时变性不强，但参考地磁图的测量高度与载体运行高度不可能完全在同一高度，如 果两个高度相差太大，会影响匹配效果。 4．结束语 地磁导航作为--f-]新兴交叉学科已成为国际研究热点，国外已有成型系统，我国在该领域起步较晚， 虽然地磁导航还面临诸多问题，但作为一项前沿技术值得我们关注。 参考文献 …郭才发。等．地磁导航综述【J】．宇航学报．2009，30 4 ：7～12． 【2】杨云涛，等．地磁场在导航定位系统中的应用【J】．中网惯性技术学报，2007，15 6 ：16--20