慣性-地磁匹配組合導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著地磁測(cè)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(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。純慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差隨著時(shí)間而累積導(dǎo)致其無(wú)法滿(mǎn)足載體長(zhǎng)時(shí)間高精度導(dǎo)航需求，但是地磁導(dǎo)航具有長(zhǎng)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(mǎn)足載體長(zhǎng)時(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)降噪技術(shù)、地磁場(chǎng)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(duì)上述熱點(diǎn)問(wèn)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(cè)量數(shù)據(jù)的降噪問(wèn)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(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究，并由模型仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)地磁測(cè)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(shí)

3、，運(yùn)用條件更為苛刻，反而奇異熵降噪技術(shù)原理簡(jiǎn)單，執(zhí)行復(fù)雜度較低，能夠處理各種類(lèi)型的區(qū)域數(shù)據(jù)。
　　(2)研究了地磁場(chǎng)向下延拓時(shí)的延拓效率問(wèn)題。目前已經(jīng)對(duì)地磁場(chǎng)向下延拓問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，但是對(duì)于延拓的效率問(wèn)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(lái)解決地磁場(chǎng)向下延拓的效率問(wèn)題。經(jīng)過(guò)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(duì)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(cè)數(shù)據(jù)對(duì)兩種迭代法的延拓效果和延拓效率進(jìn)行了分析，不僅說(shuō)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(wèn)題。針對(duì)單一指標(biāo)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(gè)指標(biāo)，針對(duì)層次分析法確定的指標(biāo)權(quán)重客觀性差問(wèn)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)值能夠全面、合理地評(píng)價(jià)地磁圖的適配性，綜合評(píng)價(jià)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(wèn)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(yú)群搜索尋優(yōu)算法，該算法以食物濃度（目標(biāo)函數(shù)值）來(lái)指引人工魚(yú)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(shuō)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(shuō)明了該算法的可靠性。
　　(5)對(duì)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(chǎng)起伏劇烈的區(qū)域，對(duì)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(cè)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(duì)地磁傳感器測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)野值和量測(cè)噪聲統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化的情形，提出采