重力场和地磁场综合匹配在导航中的运用
惯性导航重力补偿方法

存在的问题与不足
在复杂地形和动态环境下,重力 补偿方法的性能还需要进一步验
证和完善。
重力场模型和重力矢量场模型的 精度和实时性还需要进一步提高 ,以满足更高精度的导航需求。
重力补偿方法的应用范围还需要 进一步扩大,以适应不同领域的
讨论
通过对实验结果的分析,发现重力场补偿方法在复杂的海洋环境中具 有较高的实用价值,能够有效提高惯性导航系统的定位精度。
06
结论与展望
研究成果总结
惯性导航重力补偿方法在理论上得到了验证,通过实验测试,该方法在精度和稳定 性方面都表现出较好的性能。
重力场模型和重力矢量场模型在静态和动态环境下都得到了较好的应用,验证了模 型的正确性和可靠性。
VS
详细描述
该方法主要通过测量载体在静止状态下的 加速度,经过坐标系变换,得到重力加速 度分量,然后将其补偿给惯性导航系统, 从而提高惯性导航系统的定位精度。但是 ,该方法需要较长时间进行静态加速度测 量,且在动态环境下效果不佳。
基于动态加速度的重力补偿算法
总结词
动态加速度重力补偿算法是一种改进的惯性 导航重力补偿方法,通过测量载体的动态加 速度,结合运动学模型对重力矢量进行补偿 。
THANKS
感谢观看
种算法进行处理。
05
实验与分析
实验设备与环境
01
02
03
惯性导航系统
选用某型号的惯性导航系 统,该系统具有较高的定 位精度和稳定性。
实验场地
选择某港口作为实验场地 ,以模拟复杂的海洋环境 。
实验条件
在实验过程中,保持航向 和航速的稳定,以确保惯 性导航系统的准确性。
基于重力匹配导航的潜艇避障方法分析

( 1 . Be n g b u Na v a l Pe t t y Of f i c e r Ac a de my,Be n g b u 2 33 01 2) ( 2 . No . 9 2 5 2 9 Tr o o p s o f PLA ,Ni n g b o 31 5 0 0 0 )
总第 2 2 9 期
舰 船 电 子 工 程
S h i p El e c t r o n i c E n g i n e e r i n g
Vo 1 . 3 3 No . 7
37
2 0 1 3年第 7 期
基 于 重 力 匹配 导 航 的 潜 艇 避 障 方 法 分 析
康晓磊 崔恒彬 许凤军
.
Th e s p e e d e r r o r i s t h e ma i n s o u r c e t O t he Et o t v o s ,t he n t h e u nc o n v e nt i o n a l i t y g r a v i t y wh i c h i s c o r r e c t e d i s a na l y z e . Ba d s e d o n t h e a b o v e a —
数据组成 的基本特征信 息数据库 ( 背景场 图) , 结合 惯性 导 航系统给 出的导航参数 ( 主要是位置信息) 在背景场数据 库
中找到相应的指示重力值 ; 随后 , 海洋重 力仪器 ( 或重力梯 度仪 ) 实 时测量重力数据 , 测量重力数据再 根据测深测潜 仪
以及 I NS提供 的导航参 数进行相 应 的改正处 理 , 处 理后 的
Abs t r a c t Th e p a p e r de s c r i b e s t h e b a s i c t h e o r y o f t he g r a v i t y a i d e d n a v i g a t i o n.Th e n t h e b e s t l i ne wh e n t h e f r a i s e i s o n t h e 1 i n e wh i c h b a s e d o n t he g r a v i t y a i d e d i s a n a l y z e d . Th e Et o t v o s i s i n c l u d e d i n t h e un c 0 n v e nt i o n a l i t y gr a v i t y wh i c h i s me a s ur e d by t h e g r a v i t y i n s t r u me n t
地球磁场变化与极地导航准确性

地球磁场变化与极地导航准确性地球磁场是我们生活中不可见但却十分重要的存在。
它围绕地球形成一个巨大的保护罩,阻挡了太阳风带来的宇宙射线和粒子,保护了地球上的生命。
同时,地球磁场也对于导航和定位系统起到了重要的作用。
然而,近年来地球磁场发生了一些变化,对极地导航的准确性造成了一定影响。
首先,让我们来了解一下地球磁场的基本结构和运行机制。
地球内部有一个由液体铁和镍组成的外核,在这个外核内部存在着运动的流体对流环流,形成了类似于电流的运动。
这些流体对流产生了电场,从而形成了地球磁场。
地球的磁北极和磁南极不完全对应地球的地理北极和南极,而是有一定的偏移角度。
然而,近年来科学家们发现地球磁场有所变化,其中最引人注目的就是磁北极的运动速度加快。
磁北极是地球磁场在地球表面上的一个点,它的位置决定了地球磁场的朝向和强度。
传统上,磁北极与地理北极是重合的,但是最近几十年里,磁北极不断向西偏移,且偏移速度不断加快。
这种变化对于极地导航系统来说是一个巨大的挑战。
极地导航是指在极地地区进行定位和导航的技术和系统。
由于磁北极的偏移,传统的基于磁场的导航系统在极地地区的准确性受到了一定程度的影响。
以磁罗盘为例,磁北极的偏移会导致指针的指向与地理北极出现偏差,给导航带来极大的不确定性。
为了解决这一问题,科学家们提出了一种新的导航准确性模型。
这个模型是基于地球磁场的变化研究得出的,通过对磁场变化的实时监测和建模,可以更准确地预测磁北极的位置和磁场的朝向。
在这个基础上,可以进行更精确的导航和定位。
除了磁北极的偏移,地球磁场的其他变化也会对极地导航的准确性产生影响。
地球磁场的强度和形状也会随着时间而改变,这将导致导航系统需要不断进行校准和调整。
此外,地球磁场的变化还会对导航系统中使用的磁传感器造成影响,使其读取的数据出现偏差。
因此,科学家们需要对地球磁场的变化进行深入研究,以提高极地导航系统的准确性。
总的来说,地球磁场的变化对于极地导航的准确性有一定的影响。
重力与磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用

重力与磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用近年来,随着科学技术的快速发展,勘探技术在矿产资源评估中扮演着越来越重要的角色。
在这些勘探技术中,重力和磁力勘探技术因其在矿产资源评估中的广泛应用而备受关注。
本文将详细介绍重力与磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用。
一、重力勘探技术在矿产资源评估中的应用重力勘探技术是利用地球重力场探测地下物质分布的一种方法。
其原理是根据物体的质量差异对重力场产生微弱影响的特性。
在矿产资源评估中,重力勘探技术常用于矿床的测量和勘探。
通过测量地表和地下不同位置的重力值,可以获得地下物体的质量分布情况,从而推断出矿床的位置和规模。
重力勘探技术在矿产资源评估中的应用主要有以下几个方面:1. 矿床探测:重力勘探技术可以帮助确定矿床的位置和规模。
通过测量不同位置的重力值,可以获取地下物质的质量分布情况,从而判断矿床的存在与否以及其规模大小。
2. 寻找矿体边界:矿体的边界是勘探工作中的重要信息。
重力勘探技术可以提供关于不同地下物质界面之间的重力异常数据,通过分析这些数据可以确定矿体的边界位置。
这对于矿产资源的评估和开采具有重要意义。
3. 研究地质结构:矿产资源的形成与地质结构息息相关。
重力勘探技术可以探测地下岩层的密度变化,从而了解地质结构的分布情况,为矿产资源评估提供有力的依据。
二、磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用磁力勘探技术是利用地球磁场探测地下物质分布的一种方法。
地球磁场在地球表面产生微弱的磁场变化,通过测量这些变化可以获得地下物质的分布情况。
在矿产资源评估中,磁力勘探技术常用于寻找磁性物质和矿床的勘探。
磁力勘探技术在矿产资源评估中的应用主要有以下几个方面:1. 磁性物质寻找:磁力勘探技术可以探测地下磁性物质的分布情况。
通过测量地表和地下不同位置的磁场强度,可以获取磁性物质的分布特征,从而寻找磁性矿床或矿体。
2. 矿床勘探:磁性矿床是矿产资源中的重要类型之一。
磁力勘探技术可以帮助确定磁性矿床的位置和规模。
自主水下航行器导航与定位技术

自主水下航行器导航与定位技术发布时间:2023-02-03T02:36:04.888Z 来源:《科学与技术》2022年第18期作者:杜晓海[导读] 自主水下机器人(AUV)作为开发和利用海洋资源的主要载体,杜晓海海军装备部 710065摘要:自主水下机器人(AUV)作为开发和利用海洋资源的主要载体,在执行任务时需要准确的定位信息。
现有AUV主要采用基于捷联惯性导航系统(SINS),辅以声学导航和地球物理场匹配导航技术。
本文简要介绍了水下导航模式的基本原理、优缺点和适用场景;讨论了各种导航模式中的关键技术,以提高组合导航的精度和稳定性。
通过分析现阶段存在的问题,展望了水下航行的未来发展趋势。
关键词:自主水下航行器;智能导航;智能定位本文综述了目前主流的AUV水下导航关键技术,包括DVL测速技术、LBL/SBL/USBL水声定位导航技术、地形辅助导航技术、地磁辅助导航技术和重力辅助导航技术以及协同导航技术,介绍了相关导航技术的基本原理和发展,分析和总结了水下自主导航中各技术的关键问题和技术难点,最后展望了AUV水下导航技术的未来发展。
1 SINS/DVL定位技术DVL是一种利用声波多普勒效应测量载流子速度的导航仪器。
根据AUV与水底之间的相对距离,DVL有两种模式:水底跟踪和水底跟踪。
当载流子与水底的相对距离在该范围内时,声波可以到达水底,当AUV与水底之间的相对距离超过范围时,声波无法到达水底,DVL采用水跟踪模式。
根据传输波速的多少,可以分为单波束、双波束和四波束。
1.1 SINS/DVL对准技术惯性导航可以为AUV提供实时的姿态、速度、位置等导航信息。
然而,初始对准必须在使用前进行,初始对准的结果在很大程度上决定了最终的集成精度。
通常,AUV在停泊或航行于水面时接收GPS信号进行初始对准。
在特定的任务背景下,AUV需要在水下运动期间完成初始对准,因此,许多学者提出了基于DVL辅助的移动基站对准。
地磁导航技术综述及其与卫星导航等的关系

地磁导航技术综述及其与卫星导航等的关系(2011-03-01 14:00:45)转载▼标签:卫星导航gps地磁地磁导航it1、什么是地磁场?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。
于地球内部的磁场称为内源场,约占地球总磁场的95%。
内源场主要来自地球的液态外核。
外核是熔融的金属铁和镍,它们是电流的良导体,当地球旋转时,产生强大的电流,这些电流产生了地球磁场。
地磁场总体像个沿地球旋转轴放置在地心的磁铁棒产生的磁场,它内源场的主要部分,也是地磁场的主要特征,占到总地磁场的80%~85%,称为偶极子场。
内源场还有五个大尺度的非偶极子场,称为磁异常,分别为南大西洋磁异常,欧亚大陆磁异常,北非磁异常,大洋洲磁异常和北美磁异常,主要来源于地壳岩石产生的磁场。
起源于地球外的磁场称为外源场,主要由太阳产生,它占了地球磁场的5%。
地磁场是个随时间变化的场,内源场引起的变化称为长期变化,有磁场倒转和地磁场向西飘移。
地磁场每5000~50000年倒转一次,把与现在磁场方向相同的磁场称为正常磁场(磁场从南极附近出来,回到北极),把与现在磁场方向相反的称为倒转磁场,地质时期上出现了四个较大的倒转期,现在为布容正向期,往前有松山反向期,高斯正向期和吉尔伯特反向期。
固体地球外部的各种电流体系引起的地磁场变化快,时间短,称为短期变化。
短期变化又分为平静变化和扰动变化,其中平静变化包括太阳静日变化和太阴日变化,扰动变化包括磁暴、亚暴、钩扰、湾扰和地磁脉动。
基于粒子滤波的重力梯度与地形信息融合辅助导航方法

基于粒子滤波的重力梯度与地形信息融合辅助导航方法熊凌;马杰;田金文【摘要】基于粒子滤波(PF)的重力梯度与地形信息融合辅助导航方法充分利用了重力梯度特征与地形特征融合的优点,可提高舰艇导航系统信息的利用程度.仿真比较了基于重力梯度的扩展卡尔曼滤波、基于重力梯度的粒子滤波和重力梯度与地形多特征融合粒子滤波算法得到的位置均方根误差,分析了基于EKF的重力梯度匹配辅助导航系统的稳定性和状态能观性.仿真结果表明,提出的融合算法既能加快粒子滤波的收敛速度,又能提高粒子滤波算法的估计精度.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2010(027)002【总页数】4页(P85-87,110)【关键词】信息融合;重力梯度;海底地形;卡尔曼滤波;粒子滤波【作者】熊凌;马杰;田金文【作者单位】华中科技大学图像识别与人工智能研究所,湖北,武汉,430074;武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北,武汉,430081;华中科技大学图像识别与人工智能研究所,湖北,武汉,430074;华中科技大学图像识别与人工智能研究所,湖北,武汉,430074【正文语种】中文0 引言高精度和长时间水下隐蔽航行是对战略潜艇导航系统的独特要求,导航系统的自主性、无源性将是战略潜艇导航发展的主要目标[1,2]。
重力图形匹配技术是舰艇导航发展的新方向。
二十世纪90年代,美国BELL实验室、洛克希德·马丁公司等机构对重力图形匹配技术开展了专项研究,并取得了预期成果。
BELL实验室研发了重力梯度仪导航系统(GGNS)和重力辅助惯性导航(GAINS)。
GGNS系统通过将GGI测出的重力梯度与重力梯度图进行匹配后得到定位信息,对惯性导航系统进行校正[3-5],洛克希德·马丁公司研制的通用重力模块[6](UGM)利用重力仪和重力梯度仪的测量数据可实现重力无源导航和地形估计。
由于重力图及重力梯度图一般缺乏明显的图形特征,所以传统的基于特征的图像匹配算法难以采用。
地磁导航

地磁导航优点
其隐蔽性好、成本低和精度适中等优点成为了当前导航研究
领域的一个热点
地磁导航技术的导航算法分析-远地和序
贯滤波法 , 包括基于批处理最小二乘滤波的地磁导航技术 、 基于 EKF 的地磁导航技术、基于 UKF 和粒子滤波法的地磁 导航技术。大都采用地磁场矢量或者幅值作为滤波观测值,都 需要将磁强计实测值与地磁场模型计算值做比较 ,导航精度必 然会受到地磁场模型精度和磁测量精度的影响
制约地磁导航发展因素-导航算法
当测量噪声或初始误差较大时
,由地磁滤波导航方法获得的精 度普遍偏低。因此 , 地磁匹配方法逐渐成为地磁导航技术的 主流方向 , 虽然一些文献参照景象匹配技术对此展开了初步 研究 ,但是若考虑应用背景, 载体上获得地磁信息图的方式并 不能以“摄像”的形式获得二维图, 而仅能获得依照其航迹上 的一维“线图” 。这种线图的方式比二维图携带的可用于匹 配的信息更少, 导致图的获取、匹配准则、寻优方法等方面产 生了很大的不同 :如何选择采样间隔以使线图包含足够信息且 不失真 、如何避免线图首尾相连下误差的积累等
地磁导航技术的导航算法分析-近地
近地空间运动载体, 地磁匹配方法可以带来更高的导航定位精度 。地 磁匹配导航首先测量出当地的地磁特征量随航迹形成的线图, 再通过 与地磁基准图做匹配 ,从而实现精确定位 。已有的研究表明地磁匹配 方法可以获得比地磁滤波方法更高的导航精度, 现有的地磁导航技术 基本上移植了地形匹配辅助导航技术 , 将地磁测量数据与基准数据库 做匹配定位 , 然后用定位结果去修正惯导误差 , 将地磁测量数据与惯 导系统用卡尔曼滤波算法融合来估计误差状态 。这种借鉴的方法需要 联合惯导共同工作 、实时性较差、只利用到单个匹配特征等 。实际 上,地磁场具有多个强度和角度的特征 ,匹配的可操作性更强 ,因此利用 这个特点 ,开发新型匹配方法和算法将是一个很有前途的研究方向 。
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迹 和真实 航迹 完全重合 。生 成 图像 时线段被 点状
线 覆盖 。
图 2 普 通 IC C P算 法 的 匹配 图
误差 会随 时 间而 累积 , 因此 需 要 进 行 导航 误 差 的
M( ,X 一 y T ) CT ) M( ,X 一∑ f 一 l
1
l 。
3 )将 集 合 X 变 换 到集 合 丁X, 新 的集 合 将 丁 作 为起始 集 合 进 行 下 一 步 迭 代 , 复该 过 程 X 重
3 实验 仿 真
算法 的验 证 在 Mi ootVi a C+ + 6 0 c sf s l r u .
环 境下进 行 。编 程工 具 为 MF 。仿 真结 果 见 图 C 2 3 图中等值线 上 数 字 为模 拟 的地 磁强 度 值 , 、, 单
位 为 1 T。 O 图中有些部 分 没有 线 段 , 因 为匹 配后 的航 是
助导航 等值 线算 法 中较为 成熟 的一种 。
1 IC C P算 法 的基 本 原 理
迭 代 最 近 点 算 法 (trt e co etp it i ai lss on , e v I P 通过反 复 的 刚性 变换 ( 转 和 平 移 ) 小 匹 C ) 旋 减 配对象 和 目标对 象 之 间 的距 离 , 使得 匹配 对 象 尽
点, 记这些点 为 , 假设 是 的相应等值线点 。
2 )利 用旋 转 、 移在 重力 等值 线 C上 寻找 变 平 换 丁, y一 { } X 使 与
最小 。
{7) 个集 合 之 间 距 离 . 两 1 ,
点, 同时运 用 地磁 北 向强 度 _等 值 线 图来 修 正 利 3 ] 用重 力等 值线 图 匹配 时的误 差 。具 体算 法 如下 。
1 )测量 数 据点 处 的地 磁北 向强 度值 , 估计 与
收 稿 日期 :0 90 —8 2பைடு நூலகம் —31
修 回 日期 :0 90 —4 20 —81 作者简介 : 杨 昆 ( 93) 男 , 士 生 。 18一 , 硕
该数据点对应的重力等值线上的最近点在地磁北
向强 度等 值 线 图 中可 能 的位 置 。例 如 , 强度 值 是 56 0 T, . ×1 则与 该点 对应 的重 力等 值线 上 的最 近点应 该在 强度 值 为 60 0 T 的地 磁北 向强 . ×1
度等值 线 附近 。
1 9 2
研究方 向: 源导航 。 无
E ma l b u s y 9 bu s y 1 3 cm - i: l e k l le k @ 6 . o
一
第1 期
船
海
工
程
第 3 卷 9
2 )在计 算 数 据点 同重 力 等值 线 上 的 点 的距
离时 , 只考虑那 些 与其 地 磁 北 向强 度 对应 的最 近 的重力 等值线 附近 的点 。 3 )比较 所 有 计 算 出来 的距 离 , 最 小 的 结 值 果对 应 的 重 力 等 值 线 上 的 点 就 是 所 需 的 最 近 点。 在不考虑 插值 的前提 下对 I C C P算法 的第一 步做 出改进并 仿真 。该方法 同样可 以在插 值 后 ] 的等值 线 图中运用 。
可能地 接 近 目标 对象从 而 达到 匹配 目的。算法 前
提是 匹配对 象 和 目标 对 象 己经 很 接 近 , 即他 们 的 距离不 大 。在 图像 匹配 技 术 中 I P算 法 得 到 了 C 广泛应 用 。I C C P算 法 是 I P算 法 的特 例 。其 实 C
图 l IC C P算 法 流 程 图
直 至收 敛 , 丁停止 显著 的变 化 。 即
修正 。为修 正误 差 , 需要 利 用 相 关 的 物理 场 来 辅
助惯性 导航 。利用 重 力 场 和 地磁 场 辅 助 导航 [ ]
算 法流 程见 图 1 。
是 当前 最 重要 的两 个 研 究 手段 , 代最 近等 值 线 迭
算法 (trt ec ss cno rp itIC ) 辅 i ai l et o tu on,C P 是 e v o
中图 分 类 号 : 6 . U66 1 文献标志码 : A 文 章 编 号 :6 175 (0 0 0 1 90 1 7—9 3 2 1 ) 10 2—3
N
惯性 导航 是一 种无 源导航 , 泛应用 于航 天 、 广
航空 、 航海等领域…, 具有不依赖外界信息、 向 不
外界 辐射 能量 、 不受 干扰 、 隐蔽 性好 的特 点 。但 其
第3 9卷
第1 期
船 海 工 程
S P & OCEAN HI ENGI NEERI NG
Vo. 9 No 1 13 .
Fe . O 0 b 2 1
21 0 0年 2月
重 力场 和地 磁 场 综 合 匹配 在 导航 中 的运用
杨 昆, 康戈 文 , 李 洪
( 电子 科 技 大 学 自动 化 工程 学院 , 都 60 5 ) 成 1 0 4
质是 匹配 多边弧 , 即要 找到 一个 短弧 , 使其 与一个
长弧 中的一 段最佳 匹配 , 主要步 骤为 : 1 )对每一个数 据点 , 在其等值线上 寻找最近
2 对 I P算 法 的 改进 CC
IC C P算 法 的第 一 步是求 出数据点 在 等值
线上 的最 近点 仅 利 用 了重力 等 值 线 。改进 的 方法 中不 仅 求 出 数 据 点 在 重 力 等 值 线 上 的最 近
摘
要: 以重力等值线图辅助惯性导航匹配为主要的匹配方 法 , 同时用地磁等值 线 图来修 正重力辅助 惯
性导航 中的误差 , 以达到航迹的精确匹配 。最后利用重力场数据 和地磁场数 据进行仿 真 , 实验结 果表 明该 算 法相 比于使用单一 的惯性导航算法 , 提高 了匹配精度 。 关键词 : 迭代最近 等值线算法 ; 惯性导航 ; 重力 ; 地磁 ; 等值线