惯性/地磁组合导航地磁图适配性研究

论文摘要

惯性/地磁组合导航需要以高精度、高分辨率的地磁特征图为基础,而利用测量手段绘制适用于组合导航的地磁特征图是一项复杂而且费时的工作。因此地磁特征图必须作为整个组合导航系统的重要部分予以精心准备,而其中的主要工作是地磁特征图适配性研究。论文深入研究了惯性/地磁组合导航中地磁图适配性的关键技术:地磁测量对地磁图适配性的影响、地磁图适配性分析技术和基于地磁图适配性分析的航迹规划技术,取得了一定的研究成果。通过惯性/地磁组合导航水面实验,验证了本文研究成果的正确性和技术可行性。本文的研究成果归纳如下:(1)论文通过分析地磁场的物理特征,简要介绍了地磁场的构成以及描述地磁场的高斯全球模型、多项式区域模型和球冠谐区域模型。结合地磁场和惯性系统的特点,进一步分析了惯性/地磁组合导航技术的基本原理,指出了地磁图适配性研究的关键技术:地磁测量对地磁图适配性的影响、地磁图适配性分析技术和基于地磁图适配性分析的航迹规划技术。(2)论文在研究地磁匹配基本理论的基础上,结合相关匹配算法,提出了地磁图适配性的相关曲面特征分析方法,提出了相关峰尖锐性系数、相关峰独立性系数和抗噪声能力系数三个地磁图适配性衡量指标,通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。(3)论文研究了航迹规划基本理论和方法,分析了决策型搜索方法和随机型搜索方法的特点。在分析了水下地磁导航特殊性的基础上,面向地磁图适配性分析,给出了基于最大平行航迹差异度的航迹规划方法。通过仿真实验,对比了同一匹配区内不同航迹的匹配定位精度和抗干扰性能,得出最优航迹的整体性能最佳,验证了此航迹规划方法的可行性。进一步地,对比了不同匹配区内最优航迹的匹配定位精度和抗干扰性能,验证了地磁图适配性分析方法的正确性。(4)利用惯性/地磁组合导航实验系统,通过水面实验,验证了地磁测量技术中的日变校正、平滑滤波等方法能有效提高所测得地磁数据的准确度;验证了地磁图适配性分析技术和航迹规划技术的可行性以及组合导航系统的性能指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.1.1 论文研究的背景
• 1.1.2 论文研究的意义
• 1.2 国内外的研究动态
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 惯性/地磁组合导航基本原理
• 2.1 地磁场的基本理论
• 2.1.1 地磁场的物理特征
• 2.1.2 地磁场模型
• 2.2 惯性/地磁组合导航基本原理
• 2.2.1 惯性/地磁组合导航基本原理
• 2.2.2 惯性/地磁组合导航地磁图适配性关键技术分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 地磁图适配性研究
• 3.1 地磁匹配技术的基本概念
• 3.1.1 相关度量算法
• 3.1.2 相关匹配定位的数学描述
• 3.2 地磁图适配性的概念与描述
• 3.2.1 地磁适配性及其度量
• 3.2.2 地磁适配性度量的试验条件
• 3.2.3 地磁适配性分析方法的有效性问题
• 3.3 地磁图适配性的相关曲面特征分析方法
• 3.3.1 地磁图适配区的概念
• 3.3.2 基准地磁图上点配准性能度量指标
• 3.3.3 仿真实验验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于地磁图适配性分析的航迹规划技术研究
• 4.1 航迹规划的基本理论
• 4.1.1 航迹规划的概念
• 4.1.2 航迹规划方法及其特点
• 4.1.3 规划航迹的鲁棒性分析
• 4.2 基于地磁图适配性分析的最优航迹规划
• 4.2.1 水下地磁导航特殊性分析
• 4.2.2 最优航迹和最优通道
• 4.2.3 仿真实验验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 惯性/地磁组合导航地磁图适配性实验验证
• 5.1 惯性/地磁组合导航实验系统构成
• 5.1.1 实验系统组成及连接
• 5.1.2 实验设备的性能指标
• 5.2 实验方案及数据处理方法
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 实验数据处理流程
• 5.2.3 定位精度判定方法
• 5.3 实验数据预处理及结果分析
• 5.3.1 地磁测量误差补偿
• 5.3.2 适配性分析和航迹规划
• 5.3.3 组合导航实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文主要研究结论
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 航迹规划仿真结果