地磁匹配导航算法及地磁场模拟系统研究

论文摘要

地磁辅助导航系统是一种自主导航方法,隐蔽性强,不受地形和恶劣天气的影响,具有全天时、全天候和全地域的特点,作为一种新的导航方法,地磁辅助导航在航空、航天和航海等领域将发挥越来越重要的作用。因此开展地磁辅助导航理论研究,建立用于地磁导航系统评估和验证的地磁场模拟系统,具有重要的理论和实际意义。地磁匹配算法作为地磁辅助导航系统的核心技术之一,它的优劣将直接影响整个系统的导航精度和匹配效率。本论文首先针对常见的地磁匹配算法MAGCOM算法和ICCP算法进行了研究,并对这两种算法的匹配效果进行了仿真,结果表明MAGCOM算法简单,运算速度快,但是精度比较低,不能校正航向误差;ICCP算法可以对航向误差进行校正,并且精度比较高,但是初始误差不能过大,否则容易匹配失败,并且容易陷入局部最优。其次,针对上述算法的不足,提出了将遗传模拟退火混合算法和ICCP算法相结合的新的匹配方法。这种方法首先采用遗传模拟退火混合算法进行全局最优搜索,然后用ICCP算法进行进一步校正,以提高匹配精度。最后对该方法进行了仿真,取得了较好的匹配效果。最后,为了开展地磁导航地面试验,本文对地磁场模拟系统进行了研究,主要内容包括亥姆霍兹线圈生成磁场的均匀度、误差源、线圈参数优化设计、三轴亥姆霍兹线圈的垂直度校正和耦合误差分析等,为设计和建立地磁场模拟系统提供了一些参考依据,并对于可能出现的问题,提出了可供参考的解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 地磁导航的基本原理
• 1.3.1 地磁场
• 1.3.2 地磁场数据库
• 1.3.3 地磁匹配导航原理
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 基本地磁匹配算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 基于MAGCOM的地磁匹配算法
• 2.2.1 均方差算法
• 2.2.2 基于Hausdorff距离算法
• 2.2.3 仿真分析
• 2.3 基于ICCP的地磁匹配算法
• 2.3.1 ICCP算法的数学原理
• 2.3.2 ICCP算法地磁匹配
• 2.3.3 仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于GASA算法的地磁匹配算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 遗传算法和模拟退火算法
• 3.2.1 遗传算法
• 3.2.2 模拟退火算法
• 3.3 基于GASA的地磁匹配导航
• 3.3.1 遗传模拟退火算法
• 3.3.2 基于GASA算法的地磁匹配导航
• 3.3.3 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 地磁场模拟系统研究
• 4.1 引言
• 4.2 地磁场模拟系统原理
• 4.3 单轴亥姆霍兹线圈分析
• 4.3.1 亥姆霍兹线圈的磁场均匀度分析
• 4.3.2 亥姆霍兹线圈的磁场误差分析
• 4.4 亥姆霍兹线圈的参数设计
• 4.4.1 设计亥姆霍兹线圈需要考虑的因素
• 4.4.2 亥姆霍兹线圈的优化设计研究
• 4.5 三轴磁强计和三轴线圈的垂直度测量
• 4.5.1 三轴磁强计测量法
• 4.5.2 转台测量法
• 4.6 三轴线圈的耦合误差校正
• 4.7 地磁场模拟系统总体误差分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢