基于SITAN算法的水下地磁輔助慣性導(dǎo)航原理及仿真研究.pdf

1、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種可以依靠其自身運(yùn)行，具有很好的隱蔽性，能夠持續(xù)工作并為載體提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的導(dǎo)航參數(shù)，以及在短時(shí)間內(nèi)精度較高的導(dǎo)航系統(tǒng)。但是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航誤差會(huì)隨時(shí)間累積，在長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)航過(guò)程中導(dǎo)航精度就會(huì)降低，所以我們需要一種有效的輔助導(dǎo)航算法對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行修正，來(lái)保持其精度。
　　地磁場(chǎng)是由各種不同起源、不同變化規(guī)律的磁場(chǎng)疊加而形成的天然物理場(chǎng)。由于地磁場(chǎng)的時(shí)間變化具有全球性質(zhì)，而且地磁場(chǎng)的空間變化對(duì)時(shí)間的依賴關(guān)

2、系極小。所以我們可以認(rèn)為在一定時(shí)間內(nèi)，地球上某一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地磁值是固定不變的。由于地磁場(chǎng)具有這樣的特性，所以我們將它作為輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的研究對(duì)象，是具有理論意義和實(shí)際意義的。
　　本文以桑迪亞慣性地形輔助導(dǎo)航（SITAN）系統(tǒng)為基礎(chǔ)，深入分析了SITAN算法的原理。并且利用地磁等值線圖與地形高程圖的高度相似性，提出了利用地磁場(chǎng)值輔助慣性導(dǎo)航的桑迪亞慣性地磁輔助導(dǎo)航（SIMAN）方案。并且建立了系統(tǒng)的量測(cè)方程和狀態(tài)方程，通過(guò)在學(xué)校操

3、場(chǎng)和松花湖水域的地磁圖上進(jìn)行仿真導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了算法的可行性。本文以銫光泵磁力儀作為磁測(cè)工具，開(kāi)展了地磁輔助導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)。光泵磁力儀以原子能級(jí)的塞曼分裂效應(yīng)為基礎(chǔ)，利用光抽運(yùn)作用和光磁共振作用，測(cè)量得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。由于光泵磁力儀具有無(wú)零點(diǎn)偏移，可連續(xù)測(cè)量，測(cè)量精度高，噪聲水平低，測(cè)量量程大等一些列優(yōu)點(diǎn)，本文實(shí)驗(yàn)中所利用到的地磁值都由CS-L型銫光泵磁力儀測(cè)量得到。論文的主要工作包括以下幾點(diǎn)：
　　首先，介紹了地磁輔助導(dǎo)航系統(tǒng)中的

4、關(guān)鍵技術(shù)，包括地磁值的測(cè)量、高精度地磁圖的繪制以及地磁輔助導(dǎo)航算法的選取。并對(duì)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的地形匹配算法和基于地形匹配原理發(fā)展出來(lái)的地磁匹配算法和ICCP算法進(jìn)行了介紹。
　　其次，深入研究了 SITAN系統(tǒng)的基本原理和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差估值原理。通過(guò)對(duì) SITAN系統(tǒng)原理的分析，給出了系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測(cè)方程的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程。并且詳細(xì)分析了 SITAN系統(tǒng)中的核心技術(shù)，包括地形隨機(jī)線性化技術(shù)和卡爾曼濾波技術(shù)，介紹了四種

5、地形隨機(jī)線性化的原理與卡爾曼濾波技術(shù)的工作流程。
　　最后，基于SITAN算法的基本原理，提出了利用地磁場(chǎng)輔助慣性導(dǎo)航的SIMAN系統(tǒng)方案。利用在操場(chǎng)實(shí)地探測(cè)的地磁值，驗(yàn)證了克里金插值法在局部區(qū)域地磁圖繪制方面的有效性，并利用這一地磁圖初步驗(yàn)證了SIMAN系統(tǒng)的可行性。最終對(duì)松花湖水域?qū)嵉靥綔y(cè)的地磁圖進(jìn)行仿真導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：SIMAN系統(tǒng)利用地磁場(chǎng)輔助慣性導(dǎo)航的方案是可行的，并且在某些區(qū)域具有很好的輔助導(dǎo)航