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测控仪器前沿技术作业----地磁导航技术发展现状姓名：流水号：班级：专业：2013年5月15日1.引言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随着空间技术的飞速发展, 地磁学与测绘学、空间物理学的交叉与综合不断加强, 地磁测量技术发生了根本的变化。地磁导航在导航定位、地球物理武器、战场电磁信息对抗等领域展现了巨大的军事潜力。近年来, 地磁导航技术获得了快速的发展, 其综合优势日益突出。利用地磁导航可以实现自主式的卫星导航和控制, 从而减少地面设备的工作量, 缓解因国土限制造成的地面测控站布点的困难, 降低了为保障卫星运行所提供的地面支持的费用; 利用地磁导航可及时确定卫星的空间位置, 提高了卫星测量数据的利用率, 降低了卫星运行对地面站的依赖作用, 提高了卫星生存能力, 即使地面跟踪测量被迫中断仍可保持飞行任务的连续性 [ 1 ]。地磁导航具有无源性, 与其它有源制导和导航方式相比, 地磁制导与导航在军事领域有着无可比拟的优势。使用地磁制导的导弹抗干扰性能强, 突防能力得到大大提升。近年来, 地磁导航在工业部门, 航空航天等诸多领域发挥了重要作用, 越来越成为学术界关注的对象。2.地磁导航方案当载体在地表附近运行时, 地磁场强度的变化主要体现为异常场强度的变化, 由于地磁异常场非常稳定, 基本不随时间变化, 所以一般采用表示地磁异常场特征的地磁异常图作为地磁导航的参考数据。磁传感器测得的是测点的磁场强度总量, 包括地磁场和环境干扰磁场, 通过野值剔除和误差补偿等手段提取出地磁场信号后, 减去由地磁场模型给出的主磁场信号, 然后做日变校正等处理, 得到地磁异常强度的测量值。根据导航系统的位置输出在地磁异常图上读取对应的地磁异常强度, 与异常强度的实测值进行比较, 其差值反映导航定位误差; 对导航系统的位置输出进行修正, 使得导航系统指示的异常强度向着实测值靠拢, 即使得导航系统的定位结果向着真实位置靠拢[2]。按照地磁数据处理方式的不同, 地磁导航分为地磁匹配与地磁滤波两种方式[3]。地磁匹配所谓地磁匹配, 就是把预先规划好的航迹上末段区域某些点的地磁场特征量绘制成参考图(或称基准图)存贮在载体计算机中, 当载体飞越这些地区时, 由地磁匹配测量仪器实时测量出飞越这些点地磁场特征量, 以构成实时图。在载体上的计算机中, 对实时图与参考图进行相关匹配, 计算出载体的实时坐标位置, 供导航计算机解算导航信息。地磁匹配类似地形匹配系统, 区别在于地磁匹配可有多个特征量。由于图像匹配和地形匹配技术在某些场合存在一定缺陷, 研究地磁匹配导航制导技术具有重要的现实意义。例如在图像匹配时, 实时图是低空摄取的大视角图像, 而参考图是卫星遥感图, 由于不同天气条件下光照不同, 不同季节地表覆盖物的灰度不同, 以及山地、建筑物的相互遮挡等影响, 实时图和参考图之间存在较大的差异, 灰度和位移特征也都有变化, 影响匹配精度和可靠性。此外当飞行器飞越海洋和平原时, 其灰度和纹理等特征基本相同, 无法实现图像匹配, 因而利用稳定地形的地形匹配/ TERCOM0技术, 在海面和平原地区无法使用。因此, 在跨海制导方面, 地磁匹配制导具有无比的优越性。另外, 地磁匹配制导属于被动制导, 隐蔽性强,不受敌方干扰。俄罗斯曾以地磁场强度作为特征量, 采用磁通门传感器以地磁场等高线匹配制导方式(即MAGCOM)进行过实验。地磁匹配算法属于数字地图匹配技术, 是地磁导航的核心技术, 目前主要分两类[4] : 一类强调它们之间的相似程度, 如互相关算法( COR )和相关系数法(CC); 另一类强调它们之间的差别程度, 如平均绝对差算法(MAD)、均方差算法(MSD)。在求最佳匹配点时, 前一类算法应求极大值, 后一类应取极小值。2.2 地磁滤波地磁匹配特点是原理简单, 可以断续使用; 在航行载体需要导航定位时, 即开即用; 对初始误差要求低, 导航不存在误差积累; 具有较高的匹配精度和捕获概率, 是一种较方便灵活的匹配方式。但是地磁匹配需要存储大量的地磁数据, 对于卫星, 导弹适用性不强, 这时通常采用地磁滤波。由于地磁场观测模型是非线性的, 在地磁导航滤波算法里, 多采用扩展卡尔曼滤波(