慣性-地磁匹配組合導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著地磁測量技術(shù)和地磁匹配導(dǎo)航理論的發(fā)展，慣性/地磁組合導(dǎo)航成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。純慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差隨著時間而累積導(dǎo)致其無法滿足載體長時間高精度導(dǎo)航需求，但是地磁導(dǎo)航具有長期、自主、中高精度、全天候等優(yōu)點(diǎn)，所以將地磁導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航進(jìn)行組合可以有效滿足載體長時間高精度導(dǎo)航的任務(wù)需求，這可作為現(xiàn)代組合導(dǎo)航技術(shù)的重要手段和有益補(bǔ)充。
　　慣性/地磁組合導(dǎo)航技術(shù)主要包括地磁測量數(shù)據(jù)降噪技術(shù)、地磁場延拓技術(shù)、地磁圖適配性分析、地磁

2、匹配定位算法以及慣性/地磁組合導(dǎo)航算法等關(guān)鍵技術(shù)與研究熱點(diǎn)。本文針對上述熱點(diǎn)問題進(jìn)行了研究，其主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)研究了區(qū)域地磁測量數(shù)據(jù)的降噪問題。分別采用小波降噪技術(shù)和新提出的以奇異值分解理論為基礎(chǔ)的奇異熵降噪技術(shù)對該問題進(jìn)行了研究，并由模型仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)對兩種降噪技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明:兩種技術(shù)都能夠有效地對地磁測量數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪，不同的是小波降噪技術(shù)具有更好的降噪效果，但是需要小波基和分解層數(shù)方面的先驗(yàn)知識

3、，運(yùn)用條件更為苛刻，反而奇異熵降噪技術(shù)原理簡單，執(zhí)行復(fù)雜度較低，能夠處理各種類型的區(qū)域數(shù)據(jù)。
　　(2)研究了地磁場向下延拓時的延拓效率問題。目前已經(jīng)對地磁場向下延拓問題進(jìn)行了大量研究，但是對于延拓的效率問題關(guān)注不夠，因此，在Landweber迭代法的基礎(chǔ)上提出了加速Landweber迭代法來解決地磁場向下延拓的效率問題。經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到了兩種迭代法的頻率域向下延拓算子并對比分析了兩種算子的濾波特性，發(fā)現(xiàn)兩種算子都能夠抑制高頻噪聲

4、，用仿真的模型數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)對兩種迭代法的延拓效果和延拓效率進(jìn)行了分析，不僅說明了兩種迭代法具有優(yōu)異的延拓效果，而且驗(yàn)證了所提出的加速Landweber迭代法具有更高的效率。
　　(3)從定量角度研究了地磁圖適配性問題。針對單一指標(biāo)評價地磁圖適配性不全面的缺陷，提出了一種基于多特征參數(shù)融合的綜合評價方法。該方法綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)差、粗糙度、相關(guān)系數(shù)、熵、累積梯度5個指標(biāo)，針對層次分析法確定的指標(biāo)權(quán)重客觀性差問題，采用熵技術(shù)修正各指標(biāo)權(quán)重

5、，求解出地磁圖的綜合評價值。利用傳統(tǒng)的MSD和MAD匹配算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明:該方法得到的評價值能夠全面、合理地評價地磁圖的適配性，綜合評價值越大，匹配概率越高，顯示了二者之間良好的一致性。
　　(4)從智能尋優(yōu)的角度研究了地磁匹配定位問題。將地磁匹配定位的最優(yōu)結(jié)果看做是最優(yōu)解，提出了適用于地磁匹配的人工魚群搜索尋優(yōu)算法，該算法以食物濃度（目標(biāo)函數(shù)值）來指引人工魚群的覓食、聚群、追尾等行為，保證搜索方向向著最優(yōu)解前進(jìn)，實(shí)

6、驗(yàn)結(jié)果說明從該角度進(jìn)行地磁匹配是有效的、可行的，并且在后續(xù)的研究中進(jìn)行了重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而說明了該算法的可靠性。
　　(5)對基于濾波的慣性/地磁組合導(dǎo)航方法進(jìn)行了研究和改進(jìn)。從緊組合角度出發(fā)，在地磁場起伏劇烈的區(qū)域，對地磁異常值與位置之間的非線性函數(shù)關(guān)系進(jìn)行了隨機(jī)線性化，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)地磁異常測量信息與慣性導(dǎo)航信息的融合，保證了濾波的精度和穩(wěn)定性;針對地磁傳感器測量過程中出現(xiàn)野值和量測噪聲統(tǒng)計特性發(fā)生變化的情形，提出采