基于巨磁阻抗效应磁测传感器及地磁匹配算法研究

论文摘要

地磁导航作为一种新型导航方法,具有隐蔽性好、实用范围广、简单可靠、精度高并且造价低等优良特性,它既可以独立导航,又可以与其它导航方法相结合进行组合导航,满足未来导航系统的发展要求,具有巨大的应用潜力。地磁导航关键技术主要包括三个部分:新型微磁传感器的设计;地磁模型的描述和地磁图的建立;地磁导航匹配算法的研究。本文的研究内容是以预研项目为背景,对地磁导航关键技术进行了积极地探索。首先,本文中针对传感器的核心部件非晶丝及其巨磁阻抗特性进行了研究,得到非晶丝巨磁阻抗效应的机理及其驱动频率特性。在此基础上,设计、实现了基于非晶丝巨磁阻抗效应磁测传感器的硬件电路,并在地磁场和磁屏蔽标定设备中对传感器进行标定和测试,通过分析和总结测试结果,达到了传感器设计的预期目的。然后,研究了地磁匹配算法的有关内容。这一部分先是对地磁场和地磁模型进行研究,并通过仔细研究国际地磁和高空物理协会提供的地磁模型——国际地磁参考场(IGRF),编制计算地磁场的程序,生成了地磁匹配所使用的地磁图。最后,对地磁匹配算法进行研究和仿真,研究主要是针对地磁辅助惯导组合导航中的地磁匹配算法。本文中研究了采用基于地磁图的ICP算法实现地磁匹配定位的方法,并在生成的地磁图上对算法进行了仿真,取得了较好的仿真结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、研究背景及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景及意义
• 1.2 课题的国内外研究概况
• 1.3 论文主要工作及内容
• 第2章 非晶丝巨磁阻抗效应研究
• 2.1 磁学基础知识
• 2.1.1 物质的磁性
• 2.1.2 磁性材料的分类
• 2.1.3 磁性各向异性
• 2.1.4 磁畴结构
• 2.2 非晶态合金
• 2.2.1 非晶态合金的概念
• 2.2.2 非晶态合金的特点
• 2.3 非晶丝的巨磁阻抗效应
• 2.3.1 巨磁阻抗效应的发现
• 2.3.2 非晶丝GMI效应的机理
• 2.3.3 非晶丝GMI的理论计算
• 2.4 驱动电流频率与GMI效应的关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 GMI效应磁测传感器设计
• 3.1 磁测传感器概述
• 3.2 传感器工作原理
• 3.3 传感器电路设计及实现
• 3.3.1 非晶丝的选取
• 3.3.2 信号发生电路
• 3.3.3 前置放大电路
• 3.3.4 峰值检波电路
• 3.3.5 低通滤波器
• 3.3.6 传感器的实现
• 3.4 传感器性能测试与分析
• 3.4.1 地磁场中实验结果
• 3.4.2 磁屏蔽设备中实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 地磁匹配算法研究
• 4.1 地磁模型
• 4.1.1 地磁场简介
• 4.1.2 国际地磁参考场
• 4.1.3 地磁图
• 4.2 地磁匹配算法
• 4.2.1 ICP算法基本理论
• 4.2.2 匹配算法原理
• 4.2.3 匹配算法仿真
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢